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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/44227
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Campo DCValorIdioma
dc.creatorMello, Matheus Monteiro Wolney-
dc.date.accessioned2026-03-10T23:03:10Z-
dc.date.available2026-03-10-
dc.date.available2026-03-10T23:03:10Z-
dc.date.issued2026-02-10-
dc.identifier.citationMELLO, Matheus Monteiro Wolney. Standard perturbation theory (SPT) for models with interaction in the dark sector. 2026. 109 f. Dissertação (Mestrado em Física) Instituto de Física, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2026.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufba.br/handle/ri/44227-
dc.description.abstractThis dissertation investigates the formation and nonlinear evolution of cosmic structures in cosmological models with an interacting dark sector (IDS), extending the standard ΛCDM framework. Starting from the fluid and perturbation equations governing the density and velocity fields, a fully time-dependent perturbative formalism is developed, going beyond the Einstein–de Sitter (EdS) approximation. Evolution equations for second-, third-, and arbitrary-order perturbative kernels are derived, explicitly incorporating the effects of interactions between dark matter and dark energy. A central result of this work is the critical assessment of the commonly employed approximation in which the ratio between the matter density parameter, Ωm, and the square of the perturbation growth rate, f 2 , is assumed to be approximately unity. In the ΛCDM model, this approximation is motivated by the empirical relation f ≈ Ω 0.55 m , which implies that Ωm/f 2 remains close to unity over a significant fraction of cosmic history. This near equality allows the separation of temporal and spatial dependencies in the perturbative equations, rendering nonlinear kernels approximately time-independent and substantially simplifying analytical and numerical calculations. For this reason, the approximation based on the Einstein–de Sitter limit is frequently employed even in cosmologies where it is not strictly valid. It is nevertheless shown that, within the ΛCDM framework, this approximation remains valid even at low redshifts, since deviations from unity remain small in the late Universe. In interacting dark sector models, however, such deviations become significantly larger at late times, indicating that assumptions based on the Einstein–de Sitter limit are no longer reliable when dark sector interactions are present. Using the numerical code SPTIDS, developed and implemented by the author as part of this work, the matter power spectrum at one-loop level and the reduced bispectrum are computed for IDS cosmologies. The results show that dark sector interactions enhance the growth of matter perturbations and amplify higher-order correlations relative to the ΛCDM model, providing distinctive nonlinear signatures. These results demonstrate the necessity of a fully time-dependent perturbative treatment for precision modeling of large-scale structure in interacting dark sector scenarios, while also pointing to possible observational deviations from the standard cosmological model.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior(CAPES)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal da Bahiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectSPTpt_BR
dc.subjectCosmologiapt_BR
dc.subjectEstrutura em larga escalapt_BR
dc.subjectlsspt_BR
dc.subjectEnergia escurapt_BR
dc.subjectMateria escurapt_BR
dc.subject.otherSPTpt_BR
dc.subject.otherCosmologypt_BR
dc.subject.otherLarge scale structurept_BR
dc.subject.otherlsspt_BR
dc.subject.otherDark energypt_BR
dc.subject.otherDark matterpt_BR
dc.titleStandard perturbation theory (SPT) for models with interaction in the dark sectorpt_BR
dc.title.alternativeTeoria de perturbação padrão (SPT) para modelos com interação no setor escuropt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física (PPGFIS) pt_BR
dc.publisher.initialsUFBApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::RELATIVIDADE E GRAVITACAOpt_BR
dc.contributor.advisor1Von Marttens, Rodrigo-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3954-5756pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7980376506204515pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Baranov, Iuri-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4681-3042pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1589550226412525pt_BR
dc.contributor.referee1Von Marttens, Rodrigo-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3954-5756pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7980376506204515pt_BR
dc.contributor.referee2Pigozzo, Cassio Bruno Magalhães-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-9986-4914pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8095628133981788pt_BR
dc.contributor.referee3Wilhelm, Zimdahl Winfried Ernst-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-8138-2319pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9389516200309623pt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0009-0003-7941-6913pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9240202709213418pt_BR
dc.description.resumoEsta dissertação investiga a formação e a evolução não linear das estruturas cósmicas em modelos cosmológicos com setor escuro interagente (IDS), estendendo o arcabouço padrão do modelo ΛCDM. A partir das equações de fluido e das equações de perturbações que governam os campos de densidade e velocidade, desenvolve-se um formalismo perturbativo completamente dependente do tempo, indo além da aproximação de Einstein–de Sitter (EdS). São derivadas equações de evolução para os núcleos perturbativos de segunda, terceira e ordem arbitrária, incorporando explicitamente os efeitos das interações entre matéria escura e energia escura. Um resultado central do trabalho é a análise crítica da aproximação frequentemente empregada segundo a qual a razão entre o parâmetro de densidade de matéria, Ωm, e o quadrado da taxa de crescimento das perturbações, f², é aproximadamente igual a 1. No modelo ΛCDM, essa aproximação é motivada pela relação empírica f ≈ Ωm^0,55, o que implica que Ωm/f² permanece próximo da unidade ao longo de uma fração significativa da história cósmica. Essa proximidade permite separar a dependência temporal e espacial nas equações perturbativas, tornando os núcleos não lineares aproximadamente independentes do tempo e simplificando significativamente os cálculos analíticos e numéricos. Por essa razão, a aproximação baseada no limite de Einstein–de Sitter é frequentemente utilizada mesmo em cosmologias nas quais ela não é estritamente válida. Mostra-se, contudo, que, no contexto do modelo ΛCDM, essa aproximação permanece válida mesmo em baixos redshifts, uma vez que os desvios em relação ao valor unitário permanecem pequenos no Universo recente. Em modelos com setor escuro interagente, tais desvios tornam-se ainda mais pronunciados em épocas tardias, indicando que hipóteses baseadas no limite de Einstein–de Sitter não são confiáveis quando há interações no setor escuro. Utilizando o código numérico SPTIDS, desenvolvido e implementado pelo autor no âmbito deste trabalho, são calculados o espectro de potência da matéria em nível de uma volta (one-loop) e o biespectro reduzido em cosmologias IDS. Os resultados indicam que interações no setor escuro intensificam o crescimento das perturbações de matéria e amplificam correlações de ordem superior em relação ao modelo ΛCDM, fornecendo assinaturas não lineares distintivas. Esses resultados evidenciam a necessidade de um tratamento perturbativo plenamente dependente do tempo para a modelagem de precisão da estrutura em larga escala em cenários com setor escuro interagente, além de apontarem possíveis desvios observacionais em relação ao modelo cosmológico padrão.pt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Físicapt_BR
dc.relation.referencesAMENDOLA, L. Coupled quintessence. Physical Review D, v. 62, n. 4, p. 043511, 2000. WANG, B.; ABDALLA, E.; ATRIO-BARANDELA, F.; PAVÓN, D. Dark matter and dark energy interactions: theoretical challenges, cosmological implications and observational signatures. Reports on Progress in Physics, v. 79, n. 9, p. 096901, 2016. Disponível em: https://arxiv.org/pdf/1603.08299. Acesso em: 25 fev. 2026. BOLOTIN, Y. L.; KOSTENKO, A.; LEMETS, O. A.; YEROKHIN, D. A. Cosmological evolution with interaction between dark energy and dark matter. International Journal of Modern Physics D, v. 24, n. 3, p. 1530007, 2015. YANG, W.; PAN, S.; DI VALENTINO, E.; NUNES, R. C.; MOTA, D. F. Dark sector interaction and cosmic tensions. Physical Review D, v. 101, n. 8, p. 083509, 2020. Disponível em: https://arxiv.org/pdf/2001.10852 . Acesso em: 25 fev. 2026. PETRI, V.; MARRA, V.; VON MARTTENS, R. Dark degeneracy in DESI DR2: interacting or evolving dark energy? arXiv preprint, 2025. Disponível em: https://arxiv.org/pdf/2508.17955. Acesso em: 2 set. 2025. BERNARDEAU, F.; COLOMBI, S.; GAZTAÑAGA, E.; SCOCCIMARRO, R. Large-scale structure of the universe and cosmological perturbation theory. Physics Reports, v. 367, n. 1–3, p. 1–248, 2002.pt_BR
dc.type.degreeMestrado Acadêmicopt_BR
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