Gravitational Particle Creation in Bouncing Cosmological Models

Nesta tese, calculamos a criação gravitacional de partículas escalares em modelos cosmológicos com ricochete derivados da equação de Wheeler–DeWitt na interpretação de Broglie–Bohm da mecânica quântica. Consideramos que o campo escalar está conformemente ou minimamente acoplado à gravidade e pode ser massivo ou sem massa, sem auto–interação. A generalização para qualquer outro valor constante do acoplamento gravitacional é imediata. Consideramos a criação de partículas em dois modelos: o primeiro é um modelo com um fluido de radiação apenas; o segundo modelo, mais realista, é composto por poeira e radiação, de modo que a radiação domina no ricochete, enquanto a poeira domina apenas assintoticamente. O caso conforme é um protótipo útil para investigar o caso minimamente acoplado, uma vez que as soluções assintóticas da equação de Klein–Gordon não dependem do acoplamento gravitacional. Além disso, no modelo apenas com radiação, as soluções com acoplamento conforme são exatas. Contudo, a criação de partículas com acoplamento conforme é desprezível em ambos os modelos. No caso de partículas massivas minimamente acopladas, para valores dos parâmetros de acordo com os vínculos observacionais, encontramos os mesmos resultados em ambos os modelos: o número de partículas criadas é mais importante na escala de energia do ricochete, e não é sensível nem à massa, nem a presença de poeira no modelo. Contudo, esta conclusão não inclui partículas supermassivas com massas próximas ou maiores que a escala de energia do bounce, caso que não consideramos. No entanto, a densidade de energia das partículas massivas depende das suas massas e da escala de energia do ricochete. Para massas muito grandes e ricochetes profundos, a densidade de energia das partículas criadas pode até superar a densidade do background. No caso de partículas minimamente acopladas sem massa, a densidade de energia pode tornar–se comparável à do background apenas para ricochetes extremos em escalas de energia próximas à escala de Planck, que está além do limite de validade de nossos cálculos: a equação de Wheeler–DeWitt que usamos não deve ser válida em um regime de energia tão extremo. Finalmente, no modelo com poeira e radiação, existe uma divergência infravermelha para partículas minimamente acopladas sem massa, que só se torna importante para escalas muito maiores do que o atual raio de Hubble.