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Relatividad, Posicionamiento Relativista y Cosmología - REPOCO

Referencia del grupo:

GIUV2013-130

 
Descripción de la actividad investigadora:
Uno de los temas centrales de nuestro proyecto es el estudio analítico y numérico de los llamados Sistemas de Posicionamiento Relativistas. Un colaborador de nuestro grupo (B. Coll) propuso esta línea de investigación hace una década. Vamos a profundizar en temas como la bifurcación y la minimización de errores de posicionamiento, y a más largo plazo en gravimetría. También trataremos de estudiar -en sus aspetos relativistas- la navegación de satélites basada en la observación de pulsares. La Agencia Espacial Europea ha mostrado su interés en el posicionamiento relativista en repetidas ocasiones, creando grupos de trabajo y organizando congresos. También estamos realizando los siguientes estudios en el marco de la teoría de la Relatividad General (RG): (i) caracterización intrínseca de algunas soluciones físicamente significativas de las ecuaciones de Einstein (soluciones con simetría esférica, modelos cosmológicos, etc) y de los estados de radiación gravitatoria (tensor de Bel-Robinson), y (ii) estudio de los conceptos de 4-momento lineal y 4-momento angular intrínsecos totales del universo, y aplicación a la caracterización de universos que podrían ser creables mediante...Uno de los temas centrales de nuestro proyecto es el estudio analítico y numérico de los llamados Sistemas de Posicionamiento Relativistas. Un colaborador de nuestro grupo (B. Coll) propuso esta línea de investigación hace una década. Vamos a profundizar en temas como la bifurcación y la minimización de errores de posicionamiento, y a más largo plazo en gravimetría. También trataremos de estudiar -en sus aspetos relativistas- la navegación de satélites basada en la observación de pulsares. La Agencia Espacial Europea ha mostrado su interés en el posicionamiento relativista en repetidas ocasiones, creando grupos de trabajo y organizando congresos. También estamos realizando los siguientes estudios en el marco de la teoría de la Relatividad General (RG): (i) caracterización intrínseca de algunas soluciones físicamente significativas de las ecuaciones de Einstein (soluciones con simetría esférica, modelos cosmológicos, etc) y de los estados de radiación gravitatoria (tensor de Bel-Robinson), y (ii) estudio de los conceptos de 4-momento lineal y 4-momento angular intrínsecos totales del universo, y aplicación a la caracterización de universos que podrían ser creables mediante fluctuaciones cuánticas del vacío. Además, parte de nuestro equipo está trabajando en el estudio de anisotropías no lineales del fondo cosmológico de microondas mediante el uso de simulaciones numéricas. Siguiendo esta línea pretendemos estudiar las anisotropías secundarias de Rees-Sciama, de Sunyaev-Zel´dovich y lente y, sobre todo, estamos interesados en la superposición no lineal de estos efectos para compararla con recientes datos observacionales obtenidos en el marco de los proyectos SPT (South Pole Telescope) y ACT (Atacama Cosmology Telescope) a escalas angulares muy pequeñas. Este tema requiere simulaciones complicadas que se están realizando en colaboración con el investigador principal (H.M.P Couchman) y con otros miembros (R. Thacker) del Consorcio Internacional Hydra para la realización de simulaciones numéricas de formación de estructura. Se utilizan equipos propios y del Centro de Cálculo de la UVEG. Finalmente, la naturaleza de la energía oscura es un tema actual de debate en el que queremos participar tratando de estudiar varias alternativas a la energía del vacío o de un cierto campo escalar dinámico (quintaesencia). Entre otras, pretendemos analizar posibles explicaciones basadas en: (a) la energía asociada a ciertos campos vectoriales (teorías vector-tensor), (b) universos no homogéneos en el marco de RG, y (c) presión negativa asociada a la interacción gravitatoria entre ciertas estructuras que pueblan el universo. Siempre hemos considerado que los desarrollos teóricos y las simulaciones se complementan a la hora de explicar las observaciones, y que por lo tanto, a la hora de trabajar en gravitación, es muy conveniente la colaboración directa de investigadores teóricos con sólida formación geométrica con aquellos que tienen amplia experiencia en el desarrollo de simulaciones. La composición de nuestro grupo garantiza esta colaboración, que ya ha dado buenos resultados y que confiamos en que seguirá haciendolo. No todo nuestro trabajo se realizará en el marco de la Relatividad General, ya que algunas observaciones cosmológicas, como las anomalías del espectro angular del fondo de microondas y la relación luminosidad-redshift de las supernovas de tipo Ia, sugieren la existencia de nuevos campos en el marco de ciertas generalizaciones de la teoría de gravitación de Einstein (teorías escalar-tensor, vector-tensor, tensor-tensor, etc). Estas teorías alternativas están siendo seriamente investigadas en la actualidad y nosotros nos integramos en esta corriente con moderación. También nos integramos en la corriente opuesta, que trata de explicar el llamado sector oscuro mediante modelos de aplicación de la teoría de Einstein, sin campos adicionales. Hasta el 2015, estamos financiados por el proyecto FIS2012-33582 de MINECO.
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Objetivos cientificotécnicos:
  • Estudio teórico y numérico (simulaciones) de los Sistemas de Posicionamiento Relativista. Bifurcación y errores de posicionamiento
  • Caracterización intrínseca de familias de soluciones de las ecuaciones de Einstein que sean significativas desde el punto de vista físico
  • Definición de 4-momento lineal y angular propios de un espacio-tiempo. Universos creables como fluctuaciones cuánticas del vacío
  • Aplicación de códigos HYDRA modificados al estudio de anisotropías no lineales del fondo de microondas (lente, Rees-Sciama y Sunyaev-Zel'dovich)
  • Origen de la energía oscura: teorías vector-tensor, modelos inhomogeneos de universo y explicaciones basadas en la teoría estandar de la gravedad
 
Líneas de investigación:
  • Teorías vector-tensor de la gravedad, energía oscura y modelos cosmológicos. Estudio de modelos cosmológicos basados en teorías vector-tensor de gravitación con parámetros PPN aceptables. Uso de los códigos numéricos CMBFAST, CAMB y COSMOMC , adaptados a las nuevas cosmologías, para estimar los parámetros cosmológicos y su compatibilidad con los datos observacionales.
  • Interpretación dinámica de materia y energía oscuras. Estudio de la relación entre el problema de N partículas autogravitantes en relatividad general y los fenómenos materia y energía oscuras a escala galáctica y cosmológica.
  • Sistemas de posicionamiento relativista: teoría y simulaciones. Estudio analítico y numérico del posicionamiento único y doble (bifurcación). Selección de la verdadera posición en el caso de bifurcación, y elección de los cuatro satélites de la constelación que conduzcan a mínimos errores de posicionamiento. Navegación con pulsares dentro del sistema solar.
  • Soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein: caracterizaciones intrínsecas. Estudio de las simetrías y los parámetros que caracterizan diversas soluciones de las ecuaciones de Einstein a partir de concomitantes del tensor de curvatura. Análisis del concepto de estado intrínseco de radiación gravitatoria a partir de las propiedades invariantes del tensor de Bel-Robinson.
  • Energía intrínseca y momentos intrínsecos de un espacio-tiempo: universos que podrían ser creables. Búsqueda de la definición más general de 4-momento lineal y angular propios del universo. Uso de esta definición para determinar si son creables (como fluctuaciones cuánticas del vacío) los distintos modelos de universo que se utilizan en la literatura técnica para explicar las observaciones.
  • Anisotropías del fondo cósmico de microondas: simulaciones y análisis estadístico. Adaptación de códigos paralelos del consorcio HYDRA –simulaciones de estructuras cosmológicas— para aplicarlos al estudio de los efectos Rees-Sciama, lente y Sunyaev-Zel´dovich. Análisis estadístico de los mapas resultantes, y comparación de los resultados con datos observacionales.
 
Componentes del grupo:
Nombre Carácter de la participación Entidad Descripción
Equip d'investigació
Joan Josep Ferrando BarguesMembre UVEG-Valencia Catedràtic-a d'Universitat
Ramon Lapiedra CiveraMembre UVEG-Valencia Professor-a Emèrit-a
Juan Antonio Morales LladosaMembre UVEG-Valencia Catedràtic-a d'Universitat
Juan Antonio Sáez MorenoMembre UVEG-Valencia Titular d'Universitat
Bartolomé Coll DuránCol·laborador-a UVEG-Valencia Professor-a Honorari-a
Roberto Dale ValdiviaCol·laborador-a UMH-Alicante Professor-a Associat-da
Màrius Fullana AlfonsoCol·laborador-a UPV-Valencia Catedràtic-a d'Escola Universitària