Yüksek boyutlu frıedmann-robertson-walker modellerinde parçacık yaratma etkilerinin incelenmesi
Investigation of the particle creation effects in the higher dimensional friedmann-robertson-walker models
Yazar: ÖZGÜR SEVİNÇ
Danışman: PROF. DR. EKREM AYDINER
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Matematiksel Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kozmoloji = Cosmology

Özet:
Bu çalışmada, parçacık yaratma etkilerini evrenimizin erken dönem yavaşlaması, günümüz ivmelenmesini, karanlık enerji ve karanlık madde gibi temel sorunları açıklamak için yüksek boyutlu FRW modellerini inceledik. Yüksek boyutlu FRW yapısındaki geçerli teoriler göz önüne alındığında hem ekstra boyutların tıkız (compaktive) hem de sonsuz büyüklük (Brane-world) kabul edilen yapılar bulunmaktadır. Parçacık yaratma etkilerini bu iki durumu kapsayacak şekilde toplamda Üç modelde inceledik.  Birinci Modelde, değişken Newton kütle-çekim ve kozmolojik sabitleri kullanılarak evrendeki parçacık oluşumunu, erken-dönem yavaşlamasını ve günümüz-hızlanma aşamalarını sunmak için tıkız (compaktive) yüksek boyutlarda inceledik. Bu fazların dinamiklerini araştırmak için zamana bağlı yavaşlama parametresi veren a(t)=√(t^α e^t ) ve a(t)=√(ƶ&sinh⁡(kt)) formlarında iki ölçek faktörünü göz önünde bulundurduk. Bu modelde ilk olarak parçacık oluşturma ve entropi üretim mekanizmalarının genel formülasyonunu veren d-boyutlu zamana bağlı alan denklemlerini elde ettik. Daha sonra, parçacık yaratma oranı ψ, entropi S, newton kütle-çekim sabiti G, kozmolojik sabiti Λ, enerji yoğunluğu ρ, yavaşlama parametresi q gibi birkaç büyüklüğün kozmik zamana bağlı davranışlarını inceledik. Newton kütle-çekim sabiti G ve entropi S dışındaki tüm sabitlerin ve büyüklüklerin karakteristik olarak tüm boyutlardaki iki tür ölçek faktörü için zamanla azaldığını gösterdik. Bununla birlikte, Newton kütle-çekim sabiti G ve entropi S zamanla artmıştır. Ek olarak, kozmolojik sabitin Λ, G'nin aksine, parçacık oluşturma mekanizmasından beklenmedik şekilde bağımsız olduğunu gösterdik. Geliştirdiğimiz İkinci Modelde, Bulkta Gauss-Bonnet terimi, brane üzerinde parçacık yaratma basıncı bulunan FRW zar-evren modelini ele aldık. Öncelikle alan denklemlerini elde ettik. Daha sonra modelin tutarlılığını incelemek için Geçmişe bakış zaman ölçeği kırmızıya-kayması, Kozmolojik uzaklık kırmızıya-kayması, Parlaklık uzaklığı kırmızıya-kayması ve Açısal büyüklük kırmızıya-kayması gibi kinematik testleri uyguladık. Her bir test sonucu gözlemsel verilerle uyumlu çıkmıştır. Üçüncü Modelde ise bulkta Gauss-Bonnet terimi ve zar üzerinde parçacık yaratma ve Chaplygin gazının birlikte olması durumunda, alan denklemlerini ve yavaşlama parametresini elde ettik. Son olarak da D. M. Scolnic ve arkadaşlarının 2018 yılında yayınladıkları makalelerinin yardımıyla uzaklık parametresi ve z kırmızıya-kayma arasındaki gözlemsel verilerini kullanarak ikinci ve üçüncü modelin uyumluluğunu Ki-Kare analizi sonuçlarıyla test ettik ve uyum grafiklerini çizdik. Bu analiz neticesinde yapısında iki tane negatif basınca sahip Üçüncü Modelin gözlemsel verilerle daha uyumlu olduğunu gösterdik.

Abstract:
In this study, we applied particle creation to the high dimensional Friedmann–Robertson–Walker models in order to explain the main problems such as dark energy and dark matter, the early deceleration and late-time acceleration of universe. Given the current theories in the high-dimensional FRW universes, there are both compact and extra-large structures that are considered infinitely large (Brane-world). We investigated particle creation for these two situations. We have developed a total of three models to examine these structures. In the first Model, using variable gravitational and cosmological constants, the mechanism of particle creation in the universe is studied for FRW space-times at high dimensions to explain the early deceleration and present accelerating phases. To investigate the dynamics of these phases, we consider two scale factor of the forms a(t)=√(t^α e^t ) and a(t)=√(ƶ&sinh⁡(kt)), which yield two different time-dependent deceleration parameters. Firstly, we modify the d-dimensional time-dependent field equations, including the general formulation of particle creation and entropy generation mechanisms. Then, we investigate the time dependence of a few quantities such as the particle creation rate ψ, the entropy S, the Newton gravitational constant G, the cosmological constant Λ, the energy density ρ, the deceleration parameter q, etc. We show that all constants and quantities, except the gravitational constant G and the entropy S, characteristically decrease with time for two kinds of scale factors in all dimensions. However, the Newton gravitational constant G and the entropy S increase with time. Additionally, we show that the cosmological constant Λ is unexpectedly independent of the particle creation mechanism, unlike G. In the second model we developed field equations reflecting the FRW brane-world model with Gauss-Bonnet and particle creation. Then, we used kinematic tests such as Lookback time-redshift, Proper distance-redshift, Luminosity distance-redshift and Angular diameter distance-redshift to examine the consistency of the model. In the third model, particle creation and the presence of Chaplygin gas together on the brane; firstly, we obtained field equations and deceleration parameter. Then, with the help of D. M. Scolnic et al. published in 2018, we tested the compatibility of the second and third models with the results of the Chi-square analysis using the observational data between the distance parameter and the redshift z. Then we plotted the fit graphs. As a result of this analysis, the third model with two negative pressures was found to be more compatible with the observational data.