Large-scale structure in linear and nonlinear regimes : observational constraints on interacting dark energy

Abstract

Understanding the behavior of the matter power spectrum on non-linear scales and resolving tensions in cosmological parameters are crucial in the golden age of observational cosmology, driven by advanced surveys such as LSST, Euclid, DESI, and others. This dissertation begins with a comprehensive review of the state of the art in modern cosmology, laying the groundwork for the investigation of interacting dark energy-dark matter (IDE) models. We examine their impact on the non-linear matter power spectrum and their potential for observational constraints using large-scale structure (LSS) and redshift-space distortions (RSD). Leveraging N-body simulations with parameters guided by previous observational studies, we achieve precise fits to simulated spectra through a parametric function, attaining accuracies within 5%. Additionally, we refine a modified halo model adapted to IDE cosmologies, enabling robust predictions down to scales of ∼ 1 h/Mpc. Simultaneously, we analyze the contribution of RSD data in constraining IDE models, integrating these measurements with recent observations from Baryon Acoustic Oscillations (BAO), Type Ia Supernovae (PantheonPlus), and the Cosmic Microwave Background (CMB). Our findings show that RSD data provides valuable constraints, imposing stringent upper bounds on the coupling parameter between dark energy-dark matter, which governs the energy-momentum exchange in the dark sector.

Entender o comportamento do espectro de potência da matéria em escalas não lineares e abordar tensões em parâmetros cosmológicos são imperativos na era de ouro dos dados observacionais, marcada por pesquisas como LSST, Euclid, DESI e outras. Nesta dissertação, começamos com uma revisão rigorosa do estado da arte na cosmologia moderna, estabelecendo a base para investigar modelos de interação de energia escura-matéria escura (IDE). Exploramos suas implicações para o espectro de potência da matéria não linear e restrições observacionais de estruturas em larga escala (LSS) e distorções de redshift-espaço (RSD). Usando simulações de N-corpos com parâmetros fixos informados por estudos observacionais anteriores, obtemos ajustes precisos para os espectros simulados com uma função paramétrica, atingindo precisões dentro de 5%. Além disso, refinamos um modelo de halo modificado adaptado às cosmologias IDE, permitindo previsões precisas até escalas de ∼ 1 h/Mpc. Paralelamente, examinamos o papel dos dados RSD na restrição de modelos IDE, combinando essas medições com as observações mais recentes de dados de Baryon Acoustic Oscillations (BAO), Type Ia Supernovae (PantheonPlus) e Cosmic Microwave Background (CMB). Nossos resultados revelam que o RSD fornece informações adicionais significativas, impondo novos e rigorosos limites superiores no parâmetro de acoplamento entre energia escura-matéria escura, que governa o fluxo de energiamomento no setor escuro.