Origen y evolución de campos magnéticos asociados a las grandes estructuras cosmológicas

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En esta tésis presentamos un nuevo mecanismo de inducción de campo magnéticoprimordial, con el objetivo de poder explicar la presencia y características de los camposmagnéticos que se observan en galaxias y cúmulos de galaxias. Asumiendo que durante la etapa inflacionaria del universo existe un camp...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Kandus, Alejandra
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2001
Materias:
COSMOLOGIA
TEORIA DE CAMPOS
RELATIVIDAD GENERAL
CAMPOS MAGNETICOS GALACTICOS
COSMOLOGY
QUANTUM FIELD THEORY
GENERAL RELATIVITY
COSMOLOGICAL MAGNETIC FIELDS
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3398_Kandus
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description En esta tésis presentamos un nuevo mecanismo de inducción de campo magnéticoprimordial, con el objetivo de poder explicar la presencia y características de los camposmagnéticos que se observan en galaxias y cúmulos de galaxias. Asumiendo que durante la etapa inflacionaria del universo existe un campo de materiacargado, el estado cuántico del campo cambia al producirse la transición de esa etapa ala siguiente, debido al cambio en la geometría del universo, dando lugar a la aparición decorrientes eléctricas estocásticas. Como el valor medio de las corrientes es cero, también lo serán los valores medios de loscampos por ellas inducidos. Sin embargo fluctuaciones cuánticas y estadísticas respectodel valor medio de la corriente construyen varianzas no nulas. Esas varianzas son entoncesfuente de campo electromagnético, que también se manifiesta a través de desviacionesrespecto de la media. Calculamos el núcleo de ruido debido a las partículas creadas y lo usamos como fuentede las ecuaciones de Maxwell para la correspondiente función de dos puntos del campomagnético. Calculamos la intensidad inducida a escala galáctica, teniendo en cuenta de manerafenomenológica la conductividad finita del plasma en el cual se propaga el campomagnético. Para el caso de transición instantánea de inflación a radiación la intensidadresultante es muy pequeña. Para el caso en que la transición no sea instantánea, o sea el recalentamiento del universotenga una cierta duración, el campo inducido podría tener intensidad suficiente comopara explicar el campo galáctico. Además en este caso es posible enmarcar el mecanismoen el modelo supersimétrico de la física de partículas, ya que en él hay un campo de materiacon las propiedades que requiere nuestro mecanismo, y además estos modelos predicen unabaja tempertura de recalentamiento, lo que implicaría una menor disipación del campoinducido. Para estudiar el efecto de la conductividad de las propias fuentes de campo magnéticosobre la intensidad final inducida, planteamos ecuaciones consistentes para la evolucióndel sistema de cargas y campo electromagnético durante las etapas tempranas del recalentamiento,utilizando técnicas apropiadas para estudiar sistemas de campos cuánticosfuera del equilibrio. Encontramos que las cargas creadas se comportan como un mediosuperconductor y por lo tanto el campo inducido es apantallado. En virtud de los resultados obtenidos, discutimos la validez del mecanismo estudiado.
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Sin embargo fluctuaciones cuánticas y estadísticas respectodel valor medio de la corriente construyen varianzas no nulas. Esas varianzas son entoncesfuente de campo electromagnético, que también se manifiesta a través de desviacionesrespecto de la media. Calculamos el núcleo de ruido debido a las partículas creadas y lo usamos como fuentede las ecuaciones de Maxwell para la correspondiente función de dos puntos del campomagnético. Calculamos la intensidad inducida a escala galáctica, teniendo en cuenta de manerafenomenológica la conductividad finita del plasma en el cual se propaga el campomagnético. Para el caso de transición instantánea de inflación a radiación la intensidadresultante es muy pequeña. Para el caso en que la transición no sea instantánea, o sea el recalentamiento del universotenga una cierta duración, el campo inducido podría tener intensidad suficiente comopara explicar el campo galáctico. Además en este caso es posible enmarcar el mecanismoen el modelo supersimétrico de la física de partículas, ya que en él hay un campo de materiacon las propiedades que requiere nuestro mecanismo, y además estos modelos predicen unabaja tempertura de recalentamiento, lo que implicaría una menor disipación del campoinducido. Para estudiar el efecto de la conductividad de las propias fuentes de campo magnéticosobre la intensidad final inducida, planteamos ecuaciones consistentes para la evolucióndel sistema de cargas y campo electromagnético durante las etapas tempranas del recalentamiento,utilizando técnicas apropiadas para estudiar sistemas de campos cuánticosfuera del equilibrio. Encontramos que las cargas creadas se comportan como un mediosuperconductor y por lo tanto el campo inducido es apantallado. En virtud de los resultados obtenidos, discutimos la validez del mecanismo estudiado. In this thesis we present a new mechanism to induce primordial magnetic fields, aimedat explaining the existence and features of those fields in galaxies and clusters of galaxies. Asuming that during inflation there exists a charged matter field, the quantum stateof the field changes when the transition from that epoch to the subsequent one occurs, dueto the change in the geometry of the universe, giving rise to stochastic electric currents. As the mean value of the currents is zero, the same will happen to the mean values ofthe induced electromagnetic fields. However quantum and statistical fluctuations aroundthe mean value of the current build non null variances. Those variances induce fields,which also manifest throught their rms deviations around the mean. We evaluated the noise kernel due to the created charges and used it as source in the Maxwell equations for the corresponding electromagnetic two point function. We estimated the induced intensity on a galactic scale, taking into account in a phenomenologicalway the finit electric conductivity of the primordial plasma through whichthe field propagates. For the case of instantaneous reheating of the universe the resulting intensity is tooweak to account for the observed fields in galaxies. But if the reheating epoch has a certainduration, the induced fields are strong enough to seed further amplifying mechanisms thatgave rise to the galactic fields. Besides, in this case we can frame the proposed mechanismin the supersymmetric version of the standard model of particle physics. It provides acandidate matter field with the required properties for our mechanism and also allows alow reheating temperature which in our case implies that the induced field will be lessdissipated. To study the effect of the own sources of the magnetic field on its final intensity, wederived consistent equations to study the system of charges and field during the first stagesof reheating. This derivation was done using specific techniques to study quantum fieldsout of equilibrium. We found that the created charges behave as a superconducting medium and hencescreen the induced field. In view of all the results obtained, we discuss the usefulness of the proposed mechanismto acount for the observations. Fil: Kandus, Alejandra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2001-11 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3398_Kandus

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