Restrições observacionais à massa dos neutrinos com dados cosmológicos : análises em ΛCDM e modelos dinâmicos de energia escura

Abstract

O modelo cosmológico padrão, ΛCDM, embora notavelmente bem-sucedido, enfrenta desafios crescentes diante da alta precisão dos dados modernos, em particular as tensões nos parâmetros H0 e S8, bem como questões fundamentais acerca da natureza da energia escura e da massa dos neutrinos. Neste trabalho investigamos um setor de energia escura dinâmico caracterizado por uma transição tardia do regime fantasma (w < −1) para quintessência (w > −1) em baixos redshifts, um comportamento que tem recebido recentemente indicações de alta significância estatística. A análise cosmológica foi realizada em um fluxo de trabalho automatizado e numérico de última geração, combinando um código público de Boltzmann de alta precisão com um motor Bayesiano moderno para amostragem de parâmetros. Essa estrutura permite explorar de forma consistente extensões ao ΛCDM e confrontá-las com um conjunto de dados cosmológicos de ponta, que integra o Fundo Cósmico de Micro-ondas (Planck), Oscilações Acústicas de Bárions (DESI DR2) e três compilações independentes de supernovas do Tipo Ia (Pantheon+, Union3 e DESY5). Este estudo tem como objetivo principal obter vínculos observacionais sobre modelos de energia escura dinâmica, considerando simultaneamente propriedades físicas dos neutrinos, como sua massa e o número efetivo de espécies. Além disso, uma comparação com o cenário padrão ΛCDM permite avaliar o mérito estatístico da extensão proposta e discutir seu potencial para mitigar as tensões cosmológicas atuais. Dessa forma, este trabalho contribui como um teste abrangente de nova física, explorando os limites impostos pelos mais recentes dados observacionais às fronteiras entre a cosmologia e a física de partículas.

The standard cosmological model, ΛCDM, although remarkably successful, faces increasing challenges in light of the high precision of modern data, particularly the tensions in the parameters H0 and S8, as well as fundamental questions regarding the nature of dark energy and the mass of neutrinos. In this work, we investigate a dynamical dark energy sector characterized by a late-time transition from a phantom regime (w < −1) to a quintessence regime (w > −1) at low redshifts, a behavior that has recently received indications of high statistical significance. The cosmological analysis was carried out within a state-of-the-art automated numerical pipeline, combining a high-precision public Boltzmann code with a modern Bayesian engine for parameter sampling. This framework allows for a consistent exploration of extensions to ΛCDM and their confrontation with a cutting-edge cosmological dataset that includes the Cosmic Microwave Background (Planck), Baryon Acoustic Oscillations (DESI DR2), and three independent Type Ia supernova compilations (Pantheon+, Union3, and DESY5). The main goal of this study is to obtain observational constraints on dynamical dark energy models while simultaneously considering physical properties of neutrinos, such as their mass and the effective number of species. Furthermore, a comparison with the standard ΛCDM scenario allows us to assess the statistical merit of the proposed extension and discuss its potential to mitigate current cosmological tensions. In this way, this work contributes as a comprehensive test of new physics, probing the limits imposed by the most recent observational data at the interface between cosmology and particle physics.