Geri Dön

Beyond the ACDM model: Addressing observational tensions of cosmology with negative and/or oscillating dark energy density

ACDM modeliıniın ötesinde: kozmolojik gözlemsel çatışmaların negatif ve/veya salınan karanlık enerji yoğunluğu ile dizginlenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 892381
  2. Yazar: EMRE ÖZÜLKER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR AKARSU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Astronomi ve Uzay Bilimleri, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Astronomy and Space Sciences, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 330

Özet

Kozmolojinin standart modeli olan Lambda soğuk karanlık madde ($\Lambda$CDM) modelinin daha gerçekçi bir modelle değiştirilmesi gerektiği görüşü geçtiğimiz yıllarda hızla yaygınlaşmıştır. Teorik fizik bakımından bambaşka bir perspektife ihtiyaç duyabilecek bu yeni modelin, fenomenolojik olarak $\Lambda$CDM modelinden karmaşık da olsa küçük miktarlarda ayrışması beklenir; bunun sebebi, $\Lambda$CDM modelinin hem çok çeşitli astrofiziksel veri setleri ile etkileyici derecede uyumlu olup hem de bazı veriler ile göz ardı edilemeyecek şiddette uyumsuzluklar barındırmasıdır: örneğin, evrenin günümüzdeki genişleme hızını tarif eden $H_0$ parametresindeki gözlemsel çatışma, evrendeki birim madde başına düşen yapı oluşumu miktarını niceleyen $S_8$ parametresindeki gözlemsel çatışma, ve başka daha şiddetsiz uyumsuzluklar mevcuttur. Bu çatışmalar ve uyumsuzlukların gözlemlerdeki sistematik hatalardan kaynaklanmadığını göstermek pek mümkün olmasa da, birbirinden bağımsız gözlem grupları ve yöntemlerle onaylanmış olmaları ve hassaslaşan gözlemler ile daha da ciddileşmiş olmaları $\Lambda$CDM modelinin kaçınılmaz değişimine işaret etmekte. Özel olarak, $H_0$ parametresinin \textit{Planck} kozmik ardalan ışınımı gözlemlerinden $\Lambda$CDM modeli varsayılarak elde edilen değeri $H_0 = 67.36 \pm 0.54$ km s${}^{-1}$ Mpc${}^{-1}$ ile, model varsayımında bulunmadan süpernova mutlak parlaklığının Sefe değişkenleri kullanılarak kalibrasyonuna dayanan SH0ES grubu ölçümü $H_0 = 73.04 \pm 1.04$ km s${}^{-1}$ Mpc${}^{-1}$ arasındaki çatışma, beş standard sapmanın üzerindedir. Benzer şekilde, $S_8$ parametresinin yine \textit{Planck} kozmik ardalan ışınımı gözlemlerinden $\Lambda$CDM modeli varsayılarak elde edilen değeri $S_8=0.834\pm0.016$ ile, zayıf kütleçekimsel merceklenme ve galaksi kümelenmesi gözlemlerinden $\Lambda$CDM modeli varsayılarak elde edilen $S_8=0.766^{+0.020}_{-0.014}$ KiDS-1000 değeri arasındaki çatışma, yaklaşık üç standart sapmadır. Bu tez, $\Lambda$CDM modelinin problemlerini çözecek alternatif modellerin inşası ve incelenmesi üzerinedir. Gözlemsel çatışmalar beklenenden dişli çıkmış, ve $\Lambda$CDM modeline alternatif olarak önerilen çok sayıda modelin hiçbiri tatmin edici çözüm sunamamıştır. Örneğin, $\Lambda$CDM modelinin belki en basit ve doğal genelleştirmeleri olan \textit{timsal} (quintessence) karanlık enerji modelleri $H_0$ problemini daha da kötüleştirmekte, teorik fizik perspektifinden daha şaibeli ama yine basit genelleştirmeleri olan \textit{tayf} (phantom) karanlık enerji modelleri ($w_{\rm DE}

Özet (Çeviri)

The standard cosmological paradigm, the Lambda Cold Dark Matter ($\Lambda$CDM) model, despite its prominence in explaining the existing cosmological data, encounters challenges due to inconsistencies observed across various cosmological probes over the past decade. While these observational tensions may stem from systematic errors, their increasing statistical significance with improved observations, and their recurrence through the increased diversity of observations, coupled with the inherent ambiguities surrounding dark energy (DE) and cold dark matter (CDM) in the $\Lambda$CDM model, indicate the necessity of looking for more realistic cosmological models to better elucidate current observations and refine our comprehension of the universe. This thesis explores what kind of phenomenology is necessary for an alternative model to resolve the observational tensions and what would that phenomena imply for fundamental physics; particular attention is paid to the proposal of a dynamical DE whose density attains negative values in the past before becoming positive to drive the present-day acceleration of the Universe, and/or the DE density having an oscillatory behaviour. Moreover, alternative models to $\Lambda$CDM are built and observationally analysed utilizing the state of the art statistical methods. The research conducted within the scope of this thesis extensively use analytical arguments to show in which way the features of having negative values and oscillatory behaviors in the DE density allow a better fit to the available cosmological data, and what are the properties of such a DE source. These arguments are used as a motivation to introduce a new cosmological model/paradigm that replaces the usual cosmological constant of the $\Lambda$CDM model with a sign switching one dubbed $\Lambda_{\rm s}$CDM; later this phenomenological model is promoted to a fully predictive one by embedding it in the theoretical framework of a preexisting type-II minimally modified theory of gravity, and this combination is dubbed $\Lambda_{\rm s}$VCDM. The analytical arguments are also used to introduce a new class of rampant DE models incorporating both of the negative and oscillatory features dubbed \textit{omnipotent dark energy}, and the preexisting DMS20 model in the literature that fits this classification is studied. Four cosmological models, namely, $\Lambda_{\rm s}$CDM, DMS20, $\Lambda_{\rm s}$VCDM, and a combination of $\Lambda_{\rm s}$CDM with the preexisting proposal of a time-varying electron mass, are observationally analyzed using a Bayesian approach. Broadly, the methodology used for analyzing the models consist of the following steps: the equations of the model for the relevant cosmological observables are derived, a preliminary analyses is conducted through plotting these equations with rough constraints from observations to understand the potential phenomenology of the model and how it relates to its parameters, meaningful combinations of robust cosmological data are chosen to constrain the parameter space of the model, state of the art cosmological codes are used to sample from the posterior of the parameters of the model, the parameter constraints and visualisations of the posteriors are constructed from the output samples, the results are discussed in light of the observational tensions. A very brief summary of the conclusions derived from the research conducted within the scope of this thesis is as follows. It is proved that a DE density whose density crosses from negative to positive values has a singular equation of state parameter. It is shown that, under reasonable conditions, any deviations from the Hubble radius of the $\Lambda$CDM model should oscillate in the form of an admissible wavelet in order to preserve the excellent fit of the $\Lambda$CDM model to the cosmic microwave background data. A combination of the two features in the DE density, namely, having oscillations and attaining negative values in the past as exhibited by omnipotent dark energy models, is a promising direction of research in alleviation of the cosmological tensions. Both of these features play an important role in relaxing the cosmological tensions within the DMS20 model. The $\Lambda_{\rm s}$CDM model shows remarkable success in alleviation of a multitude of cosmological tensions including the most major ones when the baryon acoustic oscillations data is not present in the constraining data set. Baryon acoustic oscillations data spoils this success by preferring an earlier time for the sign-switch of the cosmological constant contrary to the rest of the data sets. The $\Lambda_{\rm s}$VCDM model promotes the model to a fully predictive and theoretically viable one, and this new model performs even better observationally albeit this is very marginal. Combination of the $\Lambda_{\rm s}$CDM model with a promising early time modification to $\Lambda$CDM based on a time-varying electron mass do not perform better than the individual models contrary to naive expectations.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    357914

    Beyond the culturalization of the headscarf: Women with headscarves in retail jobs in 2000's Turkey

    Başörtüsüne kültürel yaklaşımların ötesinde: 2000'ler Türkiyesi'nde perakende satış sektöründe çalışan başörtülü kadınlar

    FEYDA SAYAN CENGİZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Siyasal Bilimlerİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Siyaset Bilimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELİSABETH MARGARETA ÖZDALGA

    PROF. DR. DİLEK CİNDOĞLU

  2. Tez No

    693038

    Beyond the product: Expanding orders of design and its implications for industrial design education in Turkey

    Ürünün ötesinde: Tasarımın genişleyen kapsamı ve Türkiye'deki endüstriyel tasarım eğitimindeki yansımaları

    SEDA DUMAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Endüstri Ürünleri Tasarımıİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Ürünleri Tasarımı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEBNEM TİMUR ÖĞÜT

  3. Tez No

    470550

    Mutfağın Ötesi

    Beyond the Cuisine

    TÖRE ERCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Sahne ve Görüntü SanatlarıBeykent Üniversitesi

    Sinema Televizyon Ana Sanat Dalı

    YRD. DOÇ. EKİN GÜNDÜZ ÖZDEMİRCİ

  4. Tez No

    345853

    Engellerin ötesinde: Kaynaştırma öğrencilerinin okul ve sosyal yaşamlarının etnografik analizi

    Beyond the disabilities: Ethnographic analysis of social and school life of mainstreamed students

    İSMAİL EROL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Eğitim ve ÖğretimÇanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi

    İlköğretim Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA YUNUS ERYAMAN

  5. Tez No

    349282

    Beyond the iron ages in the selected works of J. M. Coetzee and Chingiz Aitmatov: History, politics and narrative

    J.M. Coetzee ve Cengiz Aytmatov'un bazı eserlerinde demir çağ ötesindeki tarih, politika ve anlatım

    MELIKE YILMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Karşılaştırmalı EdebiyatFatih Üniversitesi

    Karşılaştırmalı Edebiyat Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MOHAMED BAKARI

Geri Dön