Formacion de estructura con campos escalares: la ... - Cinvestav

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iiINDICE GENERAL5. Hidrodinámica: solución numérica 355.1. Código numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355.2. La ecuación de advección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365.3. La ecuación de Burgers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405.4. Potencial cuadrático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446. Colapso esférico 496.1. Ecuación de continuidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506.2. Ecuación de momentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.3. Simetría esférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Conclusiones 53A. Derivación de las ecuaciones de Einstein 55B. Aproximaciones en diferencias finitas 57Bibliografía 59
IntroducciónEn los últimos años se ha vivido una revolución en el conocimiento humano debidoa la aparición de dos nuevos problemas fundamentales en la cosmología moderna, ambosrelacionados con la formación de estructura en el Universo. El primero es una componentenecesaria para la formación de estructura, es decir, para la formación de galaxias, cúmulosde galaxias, etc. Este primer ingrediente es al menos el 23 % de la materia del cosmos y esgeneralmente llamada materia oscura. La segunda componente es vital para inhibir en loshechos la formación excesiva de dicha estructura, una componente que acelera el Universoconstantemente. Esta última se le conoce como energía oscura y corresponde al 73 % dela materia del Universo y tan sólo el 4 % corresponde a la materia bariónica. Desde laaparición de estos dos ingredientes, una gran cantidad de científicos se han concentradoen analizar decenas de hipótesis sobre su posible naturaleza y origen, sin embargo, losresultados no son del todo satisfactorios, y el misterio hasta ahora continúa.Una diferencia sustancial entre la materia oscura y la energía oscura es que la primeraes gravitacionalmente atractiva mientras que la segunda es repulsiva, lo cual es extremadamenteextraño. En el marco del modelo estándar de partículas, no se conoce ningunapartícula elemental que su interacción gravitacional sea de naturaleza repulsiva. Por lotanto las preguntas más importantes a resolver son ¿Qué son estos compontentes oscurosque dominan en el Universo? ¿Cuál es la naturaleza de estas componentes? Existen variashipótesis que quieren dar una respuesta a estas interrogantes como por ejemplo la propuestamás popular es que la materia oscura es una clase de partículas supersimétricasllamadas WIMP’s, por su siglas en inglés “Weak Interacting Massive Particle”. Para laenergía oscura, el candidato más popular es sin duda la constante cosmológica, denotadapor Λ. Sin embargo ambos cantidatos tienen problemas. Por ejemplo los WIMP’s siemprese comportan como polvo en la galaxia, por lo que no hay un mecanismo real queimpida que se formen halos de galaxias de cualquier tamaño y no hay nada que impida1
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BIBLIOGRAFÍA 61[26] Randall J. LeV
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