Alternatif yerçekimi kuramlarında kozmolojik çözümler
Cosmological solutions in alternative theories of gravity
- Tez No: 984564
- Danışmanlar: PROF. DR. CEMSİNAN DELİDUMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Genel görelilik kuramının ve bu kurama dayanan kozmolojinin standart modeli olan ΛCDM modelinin açıklamada yetersiz kaldığı problemler vardır. Bu problemlerden en bilinenleri Hubble gerilimi, S8 gerilimi, kozmik mikrodalga arka plan ışımasında gözlemlenen çeşitli anomaliler ve yüksek kırmızıya kaymalarda gözlemlenen büyük kütleli galaksi ve kuasarların beklenmedik derecede erken oluşum zamanlarıdır. Alternatif yerçekimi kuramları, genel görelilik kuramının açıklamada yetersiz kaldığı problemlere çözüm getirmek amacıyla geliştirilen kuramlardır. f(R) yerçekimi kuramının alan denklemleri anizotropik bir arka planda çözüldüğünde, kozmolojinin standart modelinden farklı yeni bir kozmolojik model bulunur. Bu modele γδCDM modeli denir. Bu çözümde ortaya çıkan iki parametre, γ ve δ , modelin yapısını belirler. γ parametresi karanlık enerji durum denklemi parametresiyle ilişkiliyken, δ parametresi alan denklemlerinin anizotropik arka planda çözülmesinden gelir. δ parametresi, mükemmel akışkan bileşenlerinin evrenin genişleme dinamiğine katkısını yönettiği gibi, bu bileşenlerin zaman içindeki evrimini de belirler. Bu nedenle, γδCDM modelinde evrenin enerji bileşenlerinin yoğunlukları Hubble parametresine farklı ağırlıklarla katkıda bulunur ve ölçek faktörüne bağlı değişimleri fiziksel doğalarının gerektirdiğinden farklıdır. γδCDM kozmolojik modeli, çeşitli gözlemsel veriler kullanılarak test edilebilir. Elipsoidal evrende en yaşlı astrofiziksel objelerin yaşlarını incelediğimiz çalışmada, yüksek kırmızıya kaymaya sahip büyük kütleli galaksilerin ve kuasarların oluşum zamanları problemini γδCDM modeli çerçevesinde inceledik. Bu amaçla, en yaşlı astrofiziksel objelerin yaş-kırmızıya kayma verilerini, kozmik kronometreler Hubble verilerini ve Pantheon+ Tip Ia Süpernova verilerini kullanarak Bayesian analizler gerçekleştirdik ve model parametrelerini sınırlandırdık. Model karşılaştırması yapabilmek amacıyla ΛCDM modeli için de analizler gerçekleştirdik. Analizler sonucunda elde ettiğimiz model parametrelerinin sonrasal değerlerini kullanarak evrenin yaşının kırmızıya kaymaya göre değişimini belirledik. γδCDM modelinde ortaya çıkan modifiye zaman-kırmızıya kayma ilişkisi sayesinde, yüksek kırmızıya kaymaya sahip büyük kütleli galaksilerin ve kuasarların oluşabilmeleri için γδCDM modelinin, ΛCDM modeline kıyasla daha geniş bir zaman aralığı sağladığını gösterdik. Buna ek olarak, γδCDM modelinde evrenin bugünkü yaşı standart modele göre önemli ölçüde değişmemiştir. γδCDM modelini kırmızıya kayma bölmelerinde test ettiğimiz çalışmada, γδCDM modelinde Hubble sabitinin kırmızıya kaymaya göre değişip değişmediğini inceledik. Bu amaçla, Pantheon+ Tip Ia süpernova verilerini, kozmik kronometreler Hubble verilerini ve baryon akustik salınımları verilerini kırmızıya kayma bölmelerine ayırdık. Her kırmızıya kayma bölmesine karşılık bir Hubble sabiti tanımlayan parçalı fonksiyon yaklaşımını kullanarak Bayesian analizler gerçekleştirdik ve model parametrelerini sınırlandırdık. Aynı yöntemi ΛCDM modeli için de uyguladık. Analizler sonucunda, ΛCDM modelinde Hubble sabitinin kırmızıya kayma arttıkça azalma eğiliminde olduğunu, γδCDM modelinde Hubble sabitinin ise kırmızıya kayma artsa bile sabit kaldığını gördük. Buna göre, evrenin geç dönem verileri kullanıldığında, γδCDM modelinde Hubble sabiti gerçek bir sabittir. Buna ek olarak, bilgi kriteri değerlerini kullanarak model karşılaştırması yaptık. Bunun sonucunda, γδCDM modelinin gözlemsel verilere daha iyi uyum sağladığını gördük. γδCDM modelinde büyüme indisini hesapladığımız çalışmada, γδCDM kozmolojik modeli çerçevesinde evrendeki büyük ölçekli yapı büyümesini inceledik. Homojen bir evrendeki madde yoğunluk bölgesinin yerçekimsel çöküşünü incelemek amacıyla, madde yoğunluk kontrastının uyması gereken diferansiyel denklemi γδCDM modeli çerçevesinde türettik. Bu diferansiyel denklemi hipergeometrik fonksiyonlar cinsinden çözerek modele bağlı yoğunluk kontrastını, büyüme oranını ve büyüme indisini hesapladık. γδCDM modelinde yoğunluk kontrastının yüksek kırmızıya kaymadaki limiti δm ∝ a^(1−δ) olduğundan dolayı, model genişletilmiş yerçekimsel büyüme çerçevesindedir. Yoğunluk salınımlarının büyümesini ifade eden en önemli parametre büyüme indisidir. Bu nedenle büyüme indisinin belirlenmesi kozmolojik model için oldukça önemlidir. γδCDM modelinde büyüme indisinin sayısal değerini belirlemek amacıyla Bayesian analizler gerçekleştirdik ve kozmolojik model parametrelerini sınırlandırdık. Bu amaçla, büyüme oranı verilerini, DESI DR2 baryon akustik salınımları verilerini ve DES Yıl 5 Tip Ia Süpernova verilerini kullandık. Aynı yöntemi ΛCDM ve ωCDM modelleri için de uyguladık. Analizler sonucunda γδCDM modelinde büyüme indisini γ(a = 1) = 0.561 değerinde elde ettik. Bu değer, ΛCDM modelinde büyüme indisi değerine oldukça yakındır. γδCDM modeli f(R) yerçekimi kuramına dayanmasına rağmen, bu modelde büyüme indisinin davranışı ΛCDM ve ωCDM modellerinde büyüme indislerinin davranışı ile daha uyumludur. Bunlara ek olarak, σ8(z) ve fσ8(z) verilerini kullanarak analizler gerçekleştirdik ve γδCDM modeli çerçevesinde S8 parametresinin sayısal değerini belirledik.
Özet (Çeviri)
General relativity and the ΛCDM model, which is the standard model of cosmology based on this theory, fail to explain several problems. Well-known examples include the Hubble tension, the S8 tension, a variety of anomalies observed in the cosmic microwave background radiation, and the unexpectedly early formation of massive galaxies and quasars at high redshift. Alternative theories of gravity have been developed with the aim of providing solutions to the problems that general relativity fails to explain. When the field equations of f (R) gravity are solved in an anisotropic background, a new cosmological model emerges that differs from the standard model of cosmology. This model is called the γδCDM model. Two parameters that arise in this solution, γ and δ , determine the structure of the model. While the parameter γ is related to the dark energy equation of state parameter, the parameter δ originates from solving the field equations in an anisotropic background. The parameter δ not only governs the contribution of perfect fluid components to the expansion dynamics of the Universe, but also determines their evolution over time. Consequently, in the γδCDM model, the energy densities of the Universe's components contribute to the Hubble parameter with different weights, and their dependence on the scale factor differs from that expected from their physical nature. The γδCDM cosmological model can be tested using various observational data. In our work on the ages of the oldest astrophysical objects in an ellipsoidal Universe, we investigated the formation time problem of massive galaxies and quasars at high redshift within the framework of the γδCDM model. For this purpose, we performed Bayesian analyses using age-redshift data of the oldest astrophysical objects, the cosmic chronometers Hubble data, and the Pantheon+ Type Ia Supernova data to constrain the model parameters. For the purpose of a model comparison, we also performed analyses with the ΛCDM model. Using the posterior values of the model parameters obtained from the analyses, we determined how the age of the Universe evolves with redshift in the γδCDM framework. Owing to the modified time-redshift relation that arises in the γδCDM model, we demonstrated that, compared to the ΛCDM model, the γδCDM model provides a wider time interval for the formation of massive galaxies and quasars at high redshift. In addition, the age of the Universe today is not modified significantly compared to the standard model. In our work on test of the γδCDM model in the redshift bins, we investigated whether the Hubble constant varies with redshift in the γδCDM model. For this purpose, we divided the Pantheon+ Type Ia Supernova data, the cosmic chronometers Hubble data, and the baryon acoustic oscillations data into redshift bins. Using a piecewise function that assigns a Hubble constant to each redshift bin, we performed Bayesian analyses and constrained the model parameters. We applied the same methodology to the ΛCDM model as well. The results show that, in the ΛCDM model, the Hubble constant exhibits a decreasing trend with increasing redshift, whereas in the γδCDM model the Hubble constant remains constant even as redshift increases. Accordingly, when late time observational data of the Universe are used, the Hubble constant in the γδCDM model behaves as a true constant. In addition, we carried out a model comparison using information criterion values and found that the γδCDM model provides a better fit to the observational data. In our work on the growth index in the γδCDM model, we investigated the growth of large scale structure in the Universe within the framework of the γδCDM cosmological model. By considering the gravitational collapse of a matter overdensity in the homogeneous Universe, we derived the differential equation governing the evolution of the matter density contrast in the γδCDM framework. By solving this differential equation in terms of hypergeometric functions, we calculated the model dependent density contrast, growth rate, and growth index. Since the high redshift limit of the density contrast in the γδCDM model is δm ∝ a^(1−δ) , the model lies within an extended gravitational growth framework. The growth index is the most important parameter that defines the growth of the density fluctuations. Therefore, determining the growth index is crucial for a cosmological model. To determine the numerical value of the growth index in the γδCDM model, we performed Bayesian analyses and constrained the model parameters. For this purpose, we used the growth rate data, the DESI DR2 baryon acoustic oscillations data, and the DES Year 5 Type Ia Supernova data. We applied the same methodology to the ΛCDM and the ωCDM models as well. As a result of the analyses, we obtained the growth index in the γδCDM model as γ(a = 1) = 0.561 . This value is very close to the growth index in the ΛCDM model. Although the γδCDM model is based on f (R) gravity, the behavior of the growth index in this model is more consistent with that in the ΛCDM and ωCDM models. In addition, we performed analyses using σ8(z) and fσ8(z) data and determined the numerical value of the S8 parameter within the framework of the γδCDM model.
Benzer Tezler
- Alternatif yerçekimi kuramlarının astrofiziksel uygulamaları
Astrophysical applications of alternative gravity theories
OĞUZHAN KAŞIKÇI
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMSİNAN DELİDUMAN
- Eınsteın-Weyl-Eddington kuramında Noether simetrisi
Noether symmetry in Einstein-Weyl-Eddington theory
FURKAN ŞAKİR DİLSİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMSİNAN DELİDUMAN
- Three-dimensional massive gravity theories
Üç boyutta kütleli yerçekimi teorileri
MUSTAFA SALİH ZÖĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ÖZKAN
- Alternatif kütleçekim kuramlarında kütleçekimsel dalgaların incelenmesi
Analysis of gravitational waves in the alternative theories of gravitation
SABA ARİFE BOZPOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ULVİ YILMAZER
- 6. sınıf öğrencilerinin kuvvet ve hareket konusundaki alternatif kavramlarının belirlenmesi ve kavramsal gelişimin incelenmesi
Determining sixth grade students? alternative conceptions about force and motion unit and investigating conceptual development
SEVDA SEÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Eğitim ve ÖğretimBalıkesir Üniversitesiİlköğretim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. HİKMET AKSEL
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN KÜÇÜKÖZER