Testing spatial curvature and anisotropic expansion of the universe on top of the lambda-CDM model
Lambda-CDM modeli üzerine evrenin uzaysal eğriliğinin ve genişleme yönbağımlılığının sınanması
- Tez No: 766671
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR AKARSU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 94
Özet
Bu tezde, Lambda-Soğuk Karanlık Madde ($\Lambda$CDM) modeli olarak da bilinen standart kozmolojik modelin yalnızca uzaysal geometrisinin genelleştirilmesinin ayrıntılı bir kuramsal ve gözlemsel incelemesi sunulmuştur. $\Lambda$CDM modeli uzaysal olarak türdeş ve yönbağımsız düz Robertson-Walker (RW) uzayzaman metriği üzerine kuruludur. RW metriğinin yalnızca uzaysal yönbağımsızlığı ve düzlüğünün gevşetilmesiyle, uzaysal olarak türdeş ancak yönbağımlı ve eğri metrikler elde edilebilir ki, bu da $\Lambda$CDM modelinin temelini oluşturan genel görelilik, standart parçacık fiziği gibi yerleşik fizik yasalarını değiştirmeden daha gerçekçi evren modellerinin kurulmasına olanak sağlar. Buna göre, bu tez kapsamında uzaysal olarak türdeş ve yönbağımsız düz RW metriği, uzaysal olarak türdeş ancak başka eğrilik durumlarına sahip ve yönbağımlı Bianchi tip I, Bianchi tip V ve Bianchi tip IX uzayzaman metrikleriyle değiştirilmiş ve bunlar tek bir Friedmann denklemi altında toplanarak yönbağımlı ve başka uzaysal eğrilik durumlarına izin veren An-$o\Lambda$CDM kozmolojik modeli kurulmuştur. An-$o\Lambda$CDM modelinde $\Lambda$CDM modeline ek olarak yönbağımlı genişlemeden ve uzaysal eğrilikten gelen iki yeni geometrik parametre kuramsal ve gözlemsel olarak incelenmiştir. Standart $\Lambda$CDM modelinin yalnızca geometrik genelleştirmesi olarak kurduğumuz ve An-$o\Lambda$CDM adını verdiğimiz bu modelin, öncelikle, kuramsal olarak bazı güncel kozmojik problemlere yanıt olabilecek özelliklere sahip olup olmadığı kuramsal olarak ayrıntılı bir biçimde tartışılmış ve, sonra, değerleri iyi bilinen bazı kozmolojik parametreler ve yüksek duyarlıklı en son gözlemsel veriler dikkate alınarak kısıtlanmıştır; böylece günümüz evrenini anlatmakta RW metriğinin yeterli olup olamadığı da tartışılmıştır. Tezde öncelikle, Bölüm \ref{sec:intro}'de, bilimsel araştırma konusu olarak standart $\Lambda$CDM modelinin geometrik bir genelleştirmesinin seçilmesinin gerekçesi verilmiştir. Bölüm \ref{S2}'de, yönbağımlı ve başka uzaysal eğrilik durumlarına izin veren An-$o\Lambda$CDM modeli kurulmuştur. Öncelikle, uzaysal olarak türdeş ancak yönbağımlı ve başka eğrilik durumlarına sahip Bianchi tip I, Bianchi tip V ve Bianchi tip IX uzayzaman metrikleri incelenmiştir. Burada Bianchi tip I metriğinin özel durum olarak uzaysal olarak düz RW metriğini, Bianchi tip V metriğinin özel durum olarak uzaysal olarak açık RW metriğini ve Bianchi tip IX metriğinin özel durum olarak uzaysal olarak kapalı RW metriğini içerdiği gösterilmiştir. Bu metrikler çerçevesinde evrenin fiziksel içeriği mükemmel akışkan kabul edilerek ve bilindik bazı fiziksel kaynaklar (toz, ışınım, vakum) kullanılarak Einstein alan denklemleri çözülmüştür. Bianchi metrikleri uzayın üç yönde ayrı hızlarla evrimleşmesine izin verebildiğinden RW metriği çerçevesinde tanımlanan bazı kozmolojik parametreler genelleştirilerek bazı yeni büyüklükler tanımlanmıştır: \textbf{(i)} Makaslama skaleri $\sigma^2$, uzaysal olarak yönbağımlı modellerde genişleme hızının farklı yönlerde farklı olmasının ölçüsüdür. \textbf{(ii)} Ortalama ölçek çarpanı $s$, birçok denklemin daha kolayca yazılmasını sağlayan bir parametredir. Daha sonra, Bianchi tip I, Bianchi tip V ve Bianchi tip IX uzayzamanları bir arada kullanılarak tek bir genel Friedmann denklemi, $H^2(s)/H_0^2=\Omega_{\sigma0}s^{-6}+\Omega_{\text{r}0}s^{-4}+\Omega_{\text{m}0}s^{-3}+\Omega_{\kappa0}s^{-2}+\Omega_{\Lambda0}$, yazılmıştır. An-$o\Lambda$CDM olarak adlandırdığımız bu modelde yönbağımlılıktan kaynaklanan makaslama skalerine karşılık gelen bir yoğunluk parametresinin bugünkü değeri, $\Omega_{\sigma0}$, ve uzaysal eğriliğe karşılık gelen bir yoğunluk parametresinin bugünkü değeri, $\Omega_{\kappa0}$, $\Lambda$CDM modeline ait Friedmann denkleminin üzerine yeni iki geometrik parametre olarak gelmiştir. Burada $\Omega_{\sigma0}$ eksili değer almayan bir parametredir, $\Omega_{\kappa0}$ ise sırasıyla uzaysal olarak düz, açık ve kapalı evrenlere karşılık gelen $\Omega_{\kappa0}=0$, $\Omega_{\kappa0}>0$, ve $\Omega_{\kappa0}
Özet (Çeviri)
In this thesis, we explore the possible advantages of extending the standard $\Lambda$CDM model by more realistic backgrounds compared to its spatially flat Robertson-Walker (RW) spacetime assumption, while preserving the underpinning physics; in particular, by simultaneously allowing non-zero spatial curvature and anisotropic expansion on top of $\Lambda$CDM, viz., the An-$o\Lambda$CDM model. This is to test whether the latest observational data still support spatial flatness and/or isotropic expansion in this case, and, if not, to explore the roles of spatial curvature and expansion anisotropy (due to its stiff fluid-like behavior) in addressing some of the current cosmological tensions associated with $\Lambda$CDM. We first present the theoretical background and explicit mathematical construction of An-$o\Lambda$CDM. We replace, in the simplest manner, the spatially flat RW spacetime assumption of the $\Lambda$CDM model with the simplest more realistic background that simultaneously allows non-zero spatial curvature and anisotropic expansion; namely, considered the simplest anisotropic generalizations of the RW spacetime, viz., the Bianchi type I, V, and IX spacetimes (having the simplest homogeneous and flat, open, and closed spatial sections, respectively) combined in one Friedmann equation. Then we constrain the parameters of this model and its particular cases, namely, An-$\Lambda$CDM (allowing anisotropic expansion), $o\Lambda$CDM (allowing non-zero spatial curvature), and $\Lambda$CDM, by using the latest data sets from different observational probes, viz., Planck CMB(+Lens), BAO, SnIa Pantheon, and CC data, and discuss the results in detail. Ultimately, we conclude that, within the setup under consideration, (i) the observational data confirm the spatial flatness and isotropic expansion assumptions of $\Lambda$CDM, though a very small amount of expansion anisotropy cannot be excluded, e.g., $\Omega_{\sigma0}\lesssim10^{-18}$ (95\% C.L.) for An-$\Lambda$CDM from CMB+Lens data, (ii) the introduction of spatial curvature or anisotropic expansion, or both, on top $\Lambda$CDM does not offer a possible relaxation to the $H_0$ tension, and (iii) the introduction of anisotropic expansion neither affects the closed space prediction from the CMB(+Lens) data nor does it improve the drastically reduced value of $H_0$ led by the closed space.
Benzer Tezler
- Domain and conventionality matter in predicate metaphor processing: A study on Turkish preschoolers
Devinim metaforlarında alan ve aşinalık etkisi: Türk okul öncesi çocukları üzerine bir araştırma
RÜMEYSA ERDOĞDU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
PsikolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAŞAK ŞAHİN ACAR
DOÇ. DR. DUYGU SARISOY
- A probabilistic investigation of k nearest neighbor directed graphs
K en yakın komşu yönlü çizgelerinin olasılıksal incelenmesi
SELİM BAHADIR
- 0-4 Yaş Arası Çocuklara Yönelik Sosyal Etkileşim Amaçlı Kentsel Donatı Önerisi ve Tasarım Kriterleri: Mahalle Ölçeğinde Bir Deneme
The design creteria and a spatial proposal of urban facility to procure social interaction for children aged between 0 and 4: A study in neighborhood scale
GÜZİDE MERVE RIFAI JANDALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
MimarlıkYıldız Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİYE YENEN
- Aliağa ve çevresindeki arkeolojik yerleşimlerin CBS ile mekansal analizi
Spatial analysis of archaeological settlements in Aliağa and its surroundings using GIS
GİZEM PİŞKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
ArkeolojiEge ÜniversitesiCoğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. L. İHSAN SEZER
- OECD ülkelerinde Çevresel Kuznets Eğrisi hipotezinin testi ve mekansal analizi
Testing of the Environmental Kuznets Curve hypothesis and spatial analysis in OECD countries
AYŞE ÇAY ATALAY