Parametrizations and forecasts for non-standard cosmological models with galaxy surveys

Resumen

La próxima generación de mapas de galaxias arrojará luz en nuestra comprensión del Universo a gran escala. Gracias al gran número de galaxias y a la precisión de éstos mapas, se podrán medir los parámetros cosmológicos con precisión del uno por ciento y menor. Es por ello que es necesario el desarrollo de estimaciones de las futuras medidas para explorar qué parámetros se podrán medir con mayor precisión, así como encontrar las mejores configuraciones de los mapas de galaxias para explotar el máximo potencial de los observables. Desde el punto de vista teórico, hay una gran cantidad de modelos que se han propuesto recientemente para describir el aún desconocido sector oscuro de la cosmología. En cuanto a los modelos que describen la actual expansión acelerada del Universo, se pueden clasificar principalmente en dos tipos: modelos de energía oscura y modelos de gravedad modificada. El primer tipo considera una modificación en el término de materia y energía. Por otro lado, los modelos de gravedad modificada generalizan el término de gravedad de la Relatividad General estándar para poder generar una expansión acelerada. En el contexto de mapas de galaxias y modelos cosmológicos del sector oscuro y gravedad modificada, la presente tesis tiene como objetivo estudiar parametrizaciones independientes del modelo para modelos de gravedad modificada. Además, realizaremos un análisis de Fisher con el fin de estimar la sensibilidad de futuros mapas de galaxias a la hora de detectar tales desviaciones. En relación a los modelos de gravedad modificada, analizamos teorías con un grado de libertad vectorial. Encontramos que, en el caso en el cual la materia oscura sigue las ecuaciones estándar de conservación, se necesitan ocho parámetros para describir la teoría. En cambio, si podemos despreciar la vorticidad de la materia oscura, el número de parámetros independientes se reduce a cuatro. En segundo lugar, se consideran modelos de materia oscura imperfecta y no conservada. Se obtiene una parametrización de éste tipo de modelos y probamos que se pueden describir con únicamente cinco funciones arbitrarias del tiempo y la escala. Una vez descritas las parametrizaciones, obtenemos los espectros de potencias observables de los mapas de galaxias para los modelos anteriores. En el caso de los modelos con grados de libertad vectoriales, encontramos que aparece una dirección privilegiada en los observables. Obtenemos las expresiones para el espectro de potencias multipolar en espacio de redshift y para los espectros de lente gravitacional débil en presencia de ésta dirección privilegiada. En el caso de los modelos de materia oscura no estándar, calculamos los espectros de distribución de galaxias, distribución de velocidades peculiares y el espectro de lente gravitacional débil; encontramos que éstos observables son sensibles únicamente a tres combinaciones de las cinco funciones del modelo. Las desviaciones de éstos tres parámetros respecto del modelo estándar generan diferentes señales que permiten determinar en qué caso es posible distinguir una modificación de la gravedad de un modelo de materia oscura no estándar. Finalmente, realizamos un análisis de Fisher para estimar futuros errores para cada modelo anteriormente descrito, obteniendo así cotas para las parametrizaciones de los modelos con dirección privilegiada y de materia oscura no estándar. Por último, presentamos los resultados de dos proyectos adicionales relacionados con el análisis de Fisher para mapas de galaxias. Hemos realizado la estimación de futuras cotas a los modelos de gravedad modificada en la colaboración internacional J-PAS; y hemos desarrollado el código FARO para el análisis de Fisher de los espectros de potencias lineales de distribución de galaxias con distintos trazadores, espectro de convergencia de lente gravitacional débil, y el espectro de correlación cruzada entre la distribución de distintos trazadores y el efecto de lente gravitacional