Implicaciones cosmológicas de cambios de fase de la materia de quarks en el espectro de las ondas gravitacionales primordiales

Abstract

El modelo cosmológico estándar supone una expansión acelerada del Universo durante sus primeros momentos conocida como inflación. Durante la etapa inflacionaria, se generan las semillas primordiales que permiten explicar la estructura a gran escala que se observa actualmente. Adicionalmente durante esta etapa se producen las ondas gravitacionales primordiales, las cuales evolucionan hasta la época actual. Por otra parte, el modelo cosmológico estándar propone que la temperatura del Universo decrece. Utilizando simulaciones numéricas de Lattice QCD (LQCD) se ha medido que los hadrones se desconfinan en un plasma de quarks y gluones a una temperatura del orden de T ∼ 155 MeV. De esta manera, se supone que el universo temprano está compuesto de un plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés) y que a medida que la temperatura del Universo disminuye, la materia de quarks cambia a una fase hadrónica. Se espera que dicha transición de fase tenga un efecto en el espectro asociado a la densidad de energía de las ondas gravitacionales primordiales. En esta tesis se desarrolló un código que calcula la evolución temporal de dicho espectro para una ecuación de estado arbitraria. Dicho código se aplicó a dos ecuaciones de estado: una que describe transiciones de fase abrupta (de primer orden), basada en el modelo de bolsa del MIT. La segunda es una ecuación de estado de un modelo tipo Polyakov-Nambu-Jona-Lasinio no local (PNJL), el cual genera transiciones de fase suaves o tipo crossover. Se observó que la transición de fase produce una atenuación en el espectro primordial de las ondas gravitacionales para aquellas escalas dentro del radio de Hubble al momento en que ocure la transición. Además se analizó la diferencia en el espectro comparando ambos modelos, en términos del tipo de transición de fase ocurrida y se encontró que la transición de tipo crossover produce una atenuación mucho más suave que la correspondiente a la transición de primer orden.