Materia oscura de dos campos escalares

Abstract

En esta tesis se analizaron las propiedades físicas de dos partículas tipo campo escalar como modelo de materia oscura. Particularmente consideramos campos escalares libres (potencial de energía cuadrático) con masa distinta. Escribimos las expresiones para la dinámica del fondo cosmológico en un espacio-tiempo tipo Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker con curvatura espacialmente nula. Se calcularon las perturbaciones lineales sobre la métrica y las componentes que conforman el modelo, incluyendo los dos campos libres. Las ecuaciones del fondo cosmológico y las perturbaciones se reescriben por medio de sistemas dinámicos. Se estudia la evolución del sistema a través de soluciones numéricas y se aplican cortes a las oscilaciones relacionadas a los campos escalares, empleando una versión modificada del código CLASS (Cosmic Linear Anisotropy Solving System). Contrastamos nuestros resultados con las predicciones teóricas de la materia oscura fría, enfocándonos en el espectro de potencia de masas. El modelo de dos campos libres con rangos definidos en su masa logra evitar el conocido “corte abrupto” en el espectro de potencia de masas a pequeñas escalas, que presentan modelos de un solo campo escalar libre con masa ultraligera. También se emplea el criterio del área que utiliza resultados de simulaciones numéricas y lo extrapola para determina la viabilidad de nuevos modelos, a partir de la desviación en el espectro de potencia de masas respecto al modelo base $\Lambda$CDM. Por último, se usa el estimador de parámetros cosmológicos Monte Python con datos de Lyman-$\alpha$ inferidos de eBOSS (extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), para obtener restricciones a las masas y densidades de los dos campos escalares.