Macarena Lagos: Perturbaciones Cosmológicas en gravedades modificadas

Macarena Lagos obtuvo su licenciatura y el magíster en Física en la PUC, trabajando con Máximo Bañados. En Octubre del 2013 comenzó su PhD en Imperial College London bajo la supervisión del Prof. Joao Magueijo, además de ser estudiante invitada en la University of Oxford bajo la supervisión del Prof. Pedro Ferreira. Sus intereses incluyen cosmología del Universo temprano y gravedades modificadas, y puedes contactarla a m.lagos-urbina13 at imperial dot ac dot uk

En este trabajo se estudian perturbaciones cosmológicas en un modelo de gravedad modificada llamada teoría Eddington-inspired Born-infeld (EiBI). La teoría de perturbaciones cosmológicas es muy importante para entender cómo era el universo en tiempos tempranos y cómo esto ha afectado a su estado actual, dado que éstas perturbaciones explican el fondo de radiación cósmica y la distribución espacial de las galaxias.

La teoría EiBI es de bigravedad (tiene 2 métricas, una que describe el espacio-tiempo y una segunda métrica que es un campo de spin-2 interactuando con la métrica física) y en el contexto de cosmología, si se modela la materia del universo como un fluido perfecto con una ecuación de estado convencional, durante la época temprana dominada por radiación (w=1/3) predice un universo con un pasado infinito, tal como se muestra en la figura. Este comportamiento de la evolución del universo es muy interesante porque elimina el Big Bang (divergencia física que marca el inicio del universo), pero además resulve los llamados Flatness problem y Horizon problem. Estos dos problemas fueron las motivaciones iniciales para estudiar la teoría de Inflación, que actualmente es la teoría mas aceptada para describir el universo en tiempos tempranos.

Evolución del factor de escala a(t) como función del tiempo durante la época dominada por la radiación. Se observa un pasado 'infinito' con un valor mínimo asintótico a_B.

El hecho de que la teoría EiBI prediga esta solución tan bien comportada, motiva el estudio de perturbaciones cosmológicas. Sobre el background descrito en la figura se consideran perturbaciones generales de primer orden, las cuales se describen con 10 grados de libertad. Sin embargo,  no todos ellos corresponden a campos físicos, ya que varios se deben a la presencia de una invarianza de gauge mientras que otros sólo son campos auxiliares (no dinámicos). En este paper presentamos un método general y directo para identificar sólo los grados de libertad físicos, que resultan ser sólo 3 cosmológicamente relevantes, para así poder estudiar su comportamiento durante el universo temprano. Aplicamos este método a la teoría EiBI y comparamos las predicciones para las perturbaciones cosmológicas con las observaciones experimentales. En particular, comparamos los valores de la amplitud del espectro de potencias de las perturbaciones (power spectrum), el índice espectral y el tensor-to-scalar ratio. 

"Noether Identities and Gauge-Fixing the Action for Cosmological Perturbations"

Macarena Lagos, Máximo Bañados, Pedro G. Ferreira, Sebastián García-Sáenz
Aceptado en Physics Review D, ArXiv:1311.3828

Resumen (en inglés, después del salto + comentar & compartir)

We propose and develop a general algorithm for finding the action for cosmological perturbations which rivals the conventional, gauge-invariant approach and can be applied to theories with more than one metric. We then apply it to a particular case of bigravity, focusing on the Eddington- inspired Born-Infeld theory, and show that we can obtain a nearly scale-invariant power spectrum for both scalar and tensor primordial quantum perturbations. Unfortunately, in the case of the minimal Eddington-inspired Born-Infeld theory, we find that the tensor-to-scalar ratio of perturbations is unacceptably large. We discuss the applicability of our general method and the possibility of resurrecting the specific theory we have looked at.