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Neste trabalho investigamos observáveis relacionados à estrutura em larga escala do universo, especialmente aqueles sensíveis a mudanças na gravidade e que possam ser usados para impor vínculos em teorias gravitacionais. O foco do trabalho foi estudar as propriedades de voids, tanto no desenvolvimento de programas para detectá-los em simulações e observações, como no cálculo de previsões teóricas em função da cosmologia e da teoria gravitacional. Dadas estas medidas e predições teóricas, estudamos o poder dos vínculos impostos usando voids, se comparados com outros observáveis, e buscamos compreender como complicações observacionais podem prejudicar estes vínculos. Construímos algoritmos para a detecção de voids e halos em simulações de N-corpos, além de implementarmos códigos para efetuar a medida da função de dois e três pontos de voids, halos e da matéria. Produzimos também códigos para fazer medidas dos perfis de velocidade e densidade de halos e voids, e propusemos uma nova predição para a abundância dos voids em gravidade modificada do tipo f(R) e Symmetron. Com isso, medimos o poder da abundância de voids em vincular parâmetros de gravitação. Desenvolvemos ainda uma generalização do modelo de halos para a inclusão de voids, no que denominamos modelo de Halos e Voids. Além disso, estudamos a dependência do raio de turnaround dos halos em diferentes teorias de gravitação e para diferentes perfis de densidade iniciais, além de relacionar as quantidades teoricamente calculadas com observáveis. Finalmente, construímos um novo método para a rápida geração de catálogos de halos, algo fundamental para o cálculo de matrizes de covariâncias nos próximos levantamentos de galáxias. In this work, we investigated observables related to the large-scale structure of the Universe, especially those sensitive to gravitational effects, and can be used to constrain gravity theories. Our main goal was the study of cosmological voids, both the development of codes for detecting them in N-body simulation and observations, as well as the construction of theoretical predictions for these observables as functions of cosmological and gravity parameters. Given these measurements and theoretical predictions, we studied the constraining power of voids, in comparison with other observables, and we assessed the effects of observational complications. We constructed algorithms to find halos and voids, using a Voronoi tessellation, as well as codes to measure the power spectrum and the bispectrum of a catalogue of voids, halos, and matter. We also produced codes to measure the density and velocity profiles of halos and voids, and we proposed a new theoretical prediction for the void abundance in f(R) and Symmetron models of modified gravity. These tools allowed us to put constraints on modified gravity parameters using void abundance. We also developed a generalization of the standard Halo model to include the effects of cosmic voids, in the so-called Halo-Void model. In addition, we computed the turnaround radius of halos in f(R) gravity and related the theoretical computations with current observations. Finally, we constructed a new method for the fast generation of halo catalogues, which are crucial for the computation of covariance matrices in next-generation galaxy surveys.

In this work, we aim at measuring the angular diameter distance of a given redshift through analysis of baryon acoustic oscillations (BAO) on the angular power spectrum of galaxies captured by the Dark Energy Survey (DES) during its third year of operation. To achieve this goal, we first make a brief review of the history of cosmology, showing the main characteristics and methods of this discipline. We explain the concept of BAO and its relation with cosmological distances. We offer an overview of the Dark Energy Survey experiment, with emphasis on its tomographic BAO detection effort. We present the computational methods used by the DES collaboration on its analysis of Year 3 data, and we show results we obtained from our independent analysis of these data, following the same methodology as the collaboration. We find the value of DA(z = 0.835) = 10.36(34)rs for the angular diameter distance, which is compatible with the collaborations result and has a relative error of the order of 3%. We compare this value with those found by other large cosmological experiments, in order to show how our work takes a step towards better estimates of cosmological parameters. Neste trabalho, buscamos medir a distância diâmetro angular de um dado redshift através de análise das oscilações acústicas de bárions (BAO) no espectro de potência angular de galáxias fotografadas pelo Dark Energy Survey (DES) em seu terceiro ano de operação. Para cumprir esse objetivo, realizamos primeiro uma breve revisão da história da cosmologia, levantando as principais características e métodos da área. Explicamos o conceito de BAO e sua relação com distâncias na cosmologia. Fornecemos uma visão geral do experimento Dark Energy Survey, com ênfase em seu esforço de detecção tomográfica de BAO. Expomos os métodos computacionais utilizados pela colaboração do DES na análise do terceiro ano de dados do experimento, e mostramos resultados obtidos por nossa análise independente desses dados, seguindo a mesma metodologia da colaboração. Encontramos o valor de DA(z = 0.835) = 10.36(34)rs para a distância diâmetro angular, que é compatível com o resultado da colaboração e possui um erro relativo da ordem de 3%. Apresentamos uma comparação desse valor com aqueles obtidos por outros grandes experimentos cosmológicos, a fim de mostrar como nosso trabalho dá um passo em direção a melhores estimativas para os parâmetros cosmológicos.

As últimas décadas trouxeram um desenvolvimento sem precedentes para a cosmologia através de mapas cada vez mais detalhados da radiação cósmica de fundo. Contudo, por representar uma informação essencialmente bidimensional, a quantidade de informação disponível é menor do que a obtida através dos mapas tridimensionais extraídos com levantamentos de galáxias. A distribuição de matéria escura inferida por esses levantamentos depende do processo altamente não-linear de colapso gravitacional, que pode ser incorporado na sua descrição através de simulações de $N$-corpos (geralmente Newtonianas) até escalas da ordem de dezenas de Mpc. Em contraste, escalas maiores (centenas de Mpc) são livres de efeitos astrofísicos e podem ser trabalhadas de forma acurada com teoria de perturbações. Nessas escalas podemos vincular a física do universo primordial através de características específicas deixadas nas estatísticas de $n$-pontos dos traçadores da matéria (e.g. galáxias e halos) e obter novos efeitos gravitacionais através da conexão entre a teoria e os observáveis (fundamentalmente dados em termos do redshift e ângulos de observação no céu). Primeiramente, exploramos as anisotropias da distribuição de halos de matéria escura devidas aos efeitos relativísticos que emergem ao conectarmos o redshift observado com o fornecido teoricamente pela relatividade geral. Focamos no dipolo do espectro de potência (estatística de 2-pontos) cruzado entre halos de diferentes massas de uma simulação de $N$-corpos relativística no limite de campos fracos. Apresentamos, em todos os detalhes, a sequência de como extrair parâmetros essenciais para descrever esse efeito, como modelá-lo e interpretá-lo no cone de luz observado. Do ponto de vista observacional, enquanto desejamos obter redshifts altamente precisos, através de levantamentos espectroscópicos, também desejamos cobrir o maior volume possível para alcançarmos as escalas onde efeitos relativísticos e não-Gaussianidades primordiais (característica de modelos inflacionários, por exemplo) podem ser observados. Contudo, ao trabalharmos com traçadores discretos da matéria, devemos ter uma densidade suficiente de objetos para que o sinal das funções de $n$-pontos supere o ruído. Esses volumes podem ser densamente mapeados através dos chamados levantamentos fotométricos, ao custo da precisão espectroscópica dos redshifts. Como segundo objetivo, desejamos calibrar os chamados redshifts fotométricos utilizando a correlação entre galáxias e mapas de intensidade de hidrogênio neutro. Avaliamos a capacidade do bispectro (estatística de 3-pontos) em recuperar os parâmetros da distribuição de redshift e comparamos com o espectro de potências, verificando como o método depende da contaminação em primeiro plano presente nos mapas de intensidade para ambos os casos. We have seen an unprecedented development in the field of cosmology, in the past decades, with the development of increasingly detailed cosmic microwave background maps. Notwithstanding, the amount of information one can extract from those two-dimensional maps is limited when compared to what can be achieved through the three-dimensional mapping obtained with galaxy surveys. The spatial dark matter distribution inferred with these surveys depends on the highly non-linear gravitational collapse, which can be incorporated in our three-dimensional description through $N$-body simulations (usually performed within Newtonian gravity) up to the tens of Mpc scales. In contrast, scales at the order of hundreds of Mpc are free from astrophysical effects and can be accurately described with perturbation theory. At these scales, relic features characteristic of primordial universe physics are left in the $n$-point statistics of dark matter tracers (e.g. galaxies and halos), and we can obtain novel gravitational effects through a theory-observables connection (the latter which are based on a set of fundamental observables such as redshift and observed angles on the sky). Primarily, we explore the relativistic anisotropies in the dark matter halo distribution that emerge after connecting the observed redshift with its theoretical general relativistic prediction. We focus on the power-spectrum dipole (2-point statistics) signal that appears after cross-correlating different halo populations (i.e. different masses) obtained from a weak-field relativistic $N$-body simulation. We make a complete presentation of the details necessary to extract essential parameters to model and interpret the results on an observed light cone. From an observational perspective, while it is desirable to have high-precision redshifts, we also require a large volume coverage to reach the necessary scales at which relativistic and primordial non-Gaussian effects (the latter is a characteristic feature of inflationary models) are manifested. However, when dealing with discrete dark matter tracers, we must acquire a large number of observations for the $n$-point signal to overcome its noise. Large volumes can be densely mapped through the so-called photometric redshifts, at the cost of redshifts with spectroscopic precision. Therefore, our second objective is to calibrate photometric redshifts utilising the clustering information of both galaxies and neutral hydrogen intensity mapping. We assess the ability of the bispectrum (3-point statistics) to recover the redshift distribution parameters, and we compare the results with the power spectrum. We also verify, for both 2- and 3-point statistics, how this clustering redshifts method depends upon the foreground contamination present in the neutral hydrogen maps.

The combination of multiple cosmological probes is an effective way to identify problems with the theoretical framework of modern physical cosmology and to increase the precision of established results. Challenges arise when this combination requires a joint treatment of systematic effects and correlations between probes. While the Dark Energy Survey (DES) has been developing a robust method for this kind of multi-probe analysis, it has focused on configuration space functions, leaving a gap for harmonic space analysis. In this dissertation, we develop steps toward a multi-probe harmonic space analysis of DES data. In Chapter 1, we show our premises and define the concepts which are at the base of modern cosmological research. In Chapter 2, correlation functions are explored with a focus on harmonic space. We show how to arrive at the theoretical expressions for angular power spectra. In Chapter 3, we review the use of multiple probes in cosmological research, and the pioneering efforts of DES towards the analysis of galaxy clustering, galaxy-galaxy lensing and cosmic shear correlations. In Chapter 4, we describe our contribution to DES multi-probe analysis: A harmonic space galaxy clustering project with the collaboration\'s Year 1 data. A combinação de múltiplas sondas cosmológicas é uma maneira efetiva de identificar problemas com o arcabouço teórico da cosmologia física moderna e de aumentar a precisão dos resultados já estabelecidos. Desafios surgem quando essa combinação requer um tratamento conjunto de efeitos sistemáticos e correlações entre sondas. Enquanto o Dark Energy Survey (DES) tem desenvolvido um método robusto para esse tipo de análise de múltiplas sondas, seu foco tem sido em funções no espaço de configurações, deixando uma lacuna para a análise no espaço harmônico. Nessa dissertação, desenvolvemos passos em direção a uma análise de múltiplas sondas no espaço harmônico de dados do DES. No Capítulo 1, mostramos nossas premissas e definimos os conceitos que estão na base da pesquisa moderna em cosmologia. No Capítulo 2, funções de correlação são exploradas com um foco no espaço harmônico. Mostramos como chegar às expressões teóricas para o espectro de potências angular. No Capítulo 3, revisamos o uso de múltiplas sondas na pesquisa cosmológica, e os esforços pioneiros do DES para uma análise das correlações de aglomeramento de galáxias, galáxias e lenteamento de galáxias, e cisalhamento cósmico. No Capítulo 4, descrevemos nossa contribuição para a análise de múltiplas sondas do DES: Um projeto de aglomeramento de galáxias no espaço harmônico com dados do Ano 1 da colaboração.

Quasares são núcleos ativos de galáxias alimentados pela acreção de matéria em um buraco negro supermassivo encontrado em seus centros. Eles não apenas são os traçadores de estruturas em larga escala mais brilhantes e com maiores valores de bias, como também acredita-se que eles coevoluem com suas galáxias hospedeiras, tornando-os valiosos tanto para a cosmologia quanto para estudos de evolução de galáxias. Seus espectros no UV-óptico são caracterizados por um contínuo não-térmico e uma série de linhas de emissão largas, que podem ser bem resolvidas com filtros de bandas estreitas. Nesta tese, apresentamos um método para estimar redshifts fotométricos (\"photo-zs\") precisos para quasares detectados em levantamentos bandas estreitas. Nosso método (apelidado de QPz) encontra, em primeira aproximação, o melhor ajuste para o fotoespectro de quasares em termos dos chamados autoespectros - os modos de variação mais relevantes de quasares de linhas largas e obtidos a partir de uma seleção de espectros do SDSS. Em cada redshift, o fotoespectro é modelado como uma combinação linear de quatro autoespectros \"redshiftados\" e combinados com uma lei de extinção do tipo lei de potência. Neste trabalho, testamos os quasares confirmados espectroscopicamente que foram detectados no catálogo primário do miniJPAS e nos primeiros dados divulgados com o S-PLUS, assim como construímos e adotamos catálogos de fluxos simulados para demonstrar o potencial que o J-PAS terá no futuro de fornecer photo-zs precisos para quasares. Validamos nosso método comparando sua performance com uma nova versão do código LePhare (ainda não disponível publicamente), que constitui um método padrão de ajuste de modelos espectrais empregado na literatura. Quasars are active galactic nuclei powered by the accretion of matter onto a supermassive black hole lying at their centers. They are not only the brightest and most highly biased tracers of large-scale structure, but they are also believed to co-evolve with their host galaxies, making them invaluable sources to both cosmology and galaxy evolution studies. Their UV-optical spectra are characterized by a non-thermal continuum and a series of broad emission lines, which can be well-resolved with narrow-band filters. In this thesis, we present a method for estimating precise photometric redshifts (photo-zs) for quasars detected with narrow-band surveys. Our method (dubbed QPz) finds a first-approximation best-fit model for the quasar photospectrum in terms of the so-called eigenspectra - the most relevant modes of variation of broad-line quasars, computed using as a basis a selection of SDSS spectra. At each redshift the photospectrum is modelled as a linear combination of four redshifted eigenspectra combined with an extinction power law. In this work, we utilized spectroscopically confirmed quasars detected with the miniJPAS primary catalog and the first data release of S-PLUS as test cases, and we also constructed and employed mock catalogues to demonstrate the potential that the future J-PAS will have to deliver precise photo-zs for quasars. We validate our method by comparing its performance with a new version (not publicly available yet) of the LePhare code, which is a standard template-fitting approach employed in the literature.

The dynamics of formation of the observed large-scale structures, along with dark matter, dark energy, the accelerated expansion of the universe and their inter-connections remain as some of the biggest puzzles of modern cosmology and have been extensively investigated over the last years. In particular, understanding the nature of cosmic acceleration foresees important implications for Cosmology, Gravitation and Particle Physics, among others. Complementary cosmological probes from large photometric and spectroscopic galaxy surveys, such as DES and eBOSS, represent a powerful approach to these problems, while simultaneously offering new practical and theoretical challenges for exploiting the information contained in observed data. In this work, we present three analyses of the large scale structure of the universe in the context of two galaxy surveys, the DES and the eBOSS, by measuring clustering signal of tracers for the matter distribution using different approaches to their two-point correlation function and power spectrum. In the context of BOSS-eBOSS, we present contributions to some of the first analyses of the clustering signal in configuration space of ELGs and LRGs with early eBOSS data and their interpretation and comparison with previous data and theoretical models. In the context of DES, we present measurements of the galaxy angular power spectrum of galaxies using data from the first year of observations and use these measurements to search for the BAO feature in harmonic space. This work is part of the DES effort for the analysis of the BAO feature in Y1 data. A dinâmica da formação de estruturas em larga escala no universo, assim como a matéria escura, a energia escura, a expansão acelerada do universo e suas inter-relações permanecem atualmente como grandes desafios da cosmologia moderna e tem motivado numerosos estudos na última década. Em particular, a compreensão da aceleração cósmica prenuncia implicações importantes que podem revolucionar as teorias da cosmologia, gravitação e física de partículas elementares, entre outras. Testes cosmológicos complementares em grandes levantamentos de galáxias óticos e espectroscópicos, como o DES e o eBOSS representam uma abordagem poderosa para estes problemas e, ao mesmo tempo, oferecem novos desafios práticos e teóricos para extrair a informação contida nos dados. Neste trabalho, apresentamos análises da estrutura de larga escala do universo no contexto de dois levantamentos de galáxias, o DES e o eBOSS, medindo o sinal de aglomeração de traçadores para a distribuição de matéria usando diferentes abordagens para sua função de correlação de dois pontos e espectro de potências. No contexto do BOSS-eBOSS, apresentamos contribuições para algumas das primeiras análises do sinal de clustering no espaço de configuração de ELGs e LRGs com dados tempranos do eBOSS e sua interpretação e comparação com dados anteriores e modelos teóricos. No contexto do DES, apresentamos medições do espectro de potência angular de galáxias usando dados do primeiro ano (Y1) de observações e utilizamos estas medidas para estudar o sinal de BAO no espaço harmônico. Este trabalho faz parte do esforço do DES para a análise do sinal de BAO em dados Y1.

Nós investigamos o raio de turnaround, a distância do centro da estrutura cósmica até a casca que está se descolando do fluxo de Hubble em um dado tempo, no contexto do modelo de colapso esférico, tanto em Relatividade Geral e em Gravidade Modificada, em particular no cenário f(R) chamado de modelo de Hu-Sawicki. O próximo passo foi investigar a relação entre este raio e a massa de virial de estruturas cósmicas no contexto do modelo LCDM e no modelo f(R) de gravidade modificada. We investigate the turnaround radius, the distance from the center of the cosmic structure to the shell that is detaching from the Hubble flow at a given time, in the context of the spherical collapse model, both in General Relativity and in modified gravity, in particular f(R) scenarios -- namely the Hu-Sawicki model. The next step was to investigate the relationship between that radius and the virial mass of cosmic structures in the context of LCDM model and in an f(R) model of modified gravity.

Com os próximos grandes projetos the observação do Universo, a cosmologia entrará em uma era de alta precisão de medidas. Novos dados trarão um novo entendimento da evolução do Universo, seus principais componentes e do comportamento da gravi- dade. Sendo assim, é fundamental também ter uma boa predição teórica para a formação de estrutura de larga escala em regime não-linear. A melhor maneira de resolver as equações hidrodinâmicas que descrevem o nosso universo é por meio de simulações cosmológicas na rede. Entretando, estas contém desafios, como a correta inclusão de física bariônica e a diminuição do alto tempo computacional. Uma outra abordagem muito usada é o cálculo das funções de cor- relação por meio de métodos perturbativos (em inglês, Standard Perturbation Theory, ou SPT). Entretanto, esta contém problemas variados: pode não convergir para algu- mas cosmologias e, caso convirja, não há certeza de convergência para o resultado correto. Além disso, há uma escala privilegiada nos limites integrais que envolvem o método perturbativo. Nós calculamos o resultado por esse método até terceira ordem e mostramos que o termo de terceira ordem é ainda maior que o de 2-loops e 3-loops. Isso evidencia alguns problemas descritos com o método perturbativo. O método de Teorias Efetivas de Campo aplicado ao estudo de LSS busca corrigir os problemas da SPT e, desta forma, complementar os resultados de simulações na rede. Em outras áreas da física, como a Cromodinâmica Quântica de baixas energias, EFTs também são usadas como um complemento a essas simulações na rede. EFTs melhoram a predição do espectro de potência da matéria por meio da inclusão dos chamados contra-termos, que precisam ser fitados em simulações. Estes contratermos, que são parâmetros livres, contém importante informação sobre como a física em pequenas escalas afeta a física nas escalas de interesse. Explicaremos os resultados para a predição em 3-loops de EFT, trabalho inédito. É possível usar as EFTs também no problema de conectar a campo de matéria com outros traçadores, como os halos e as galáxias, chamado de bias. Com as EFTs podemos construir uma base completa de operadores para parametrizar o bias. Será explicado como utilizar esses operadores para melhorar a predição do bias em escalas não-lineares. Serão calculados esses termos de EFT em simulações. Também será mostrado como renormalizar o bias em coordenadas de Lagrange. Por fim, será explicada outra importante aplicação das EFTs em cosmologia, mais especificamente em teorias de inflação. EFTs parametrizam desvios nas teorias de um campo único no chamado regime de slow-roll. With future cosmological surveys, cosmology will enter in the precision era. New data will improve the constraints on the standard cosmological model enhancing our knowledge about the universe history, its components and the behavior of gravity. In this context, it is vital to come up with precise theoretical predictions for the formation of large-scale structure beyond the linear regime. The best way of solving the fluid equations that describe the large-scale universe is through lattice simulations, which faces difficulties in the inclusion of accurate baryonic physics and is very computationally costly. Another approach is the theoreti- cal calculation of the correlation statistics through the perturbative approach, called Standard Perturbation Theory (SPT). However, SPT has several problems: for some cosmologies, it may not converge and even when it converges, we cannot be sure it converges to the right result. Also, it contains a special scale that is the loop momenta upper-bound in the integral. In this work, we show results for the 3-loop calculation. The term of third order is larger than the terms of 2-loops and 3-loops, making explicit SPT problems. In this work, we describe the recent usage of Effective Field Theories (EFTs) on Large Scale Structure problems to correct SPT issues and complement cosmological simulations. EFTs are used in other areas of physics, such as low energy QCD, serving as a complement to lattice calculations. EFT improves the predictions for the matter power spectrum and bispectrum by adding counterterms that need to be fitted. The free parameters, instead of being a problem, bring relevant information about how the small-scale physics affects the scales for which we are trying to make statistical predictions. We show the calculation of the 3-loop EFT counterterms. EFTs are also used to explain main points connecting the matter density field with tracers like galaxies and halos. EFTs highlighted how to construct a complete basis of operators that parametrize the bias. We explain how we can use EFT to improve the bias prediction to non-linear scales. We compute the non-linear halo-bias by fitting the bias parameters in simulations. We also show the EFT renormalization in Lagrangian coordinates. Finally, we explain another critical EFT application to cosmology: in primordial physics. It can be used to parametrize deviations to the slow-roll theory within the inflationary paradigm.

Aglomerados de galáxias são as maiores estruturas no Universo. Sua distribuição mapeia os halos de matéria escura formados nos potenciais profundos do campo de matéria escura. Consequentemente, a abundância de aglomerados é altamente sensível a expansão do Universo, assim como ao crescimento das perturbações de matéria escura, constituindo uma poderosa ferramenta para fins cosmológicos. Na era atual de grandes levantamentos observacionais que produzem uma quantidade gigantesca de dados, as propriedades estatísticas dos objetos observados (galáxias, aglomerados, supernovas, quasares, etc) podem ser usadas para extrair informações cosmológicas. Para isso, é necessária o estudo da formação de halos de matéria escura, da detecção dos halos e aglomerados, das ferramentas estatísticas usadas para o vínculos de parâmetros, e finalmente, dos efeitos da detecções ópticas. No contexto da formulação da predição teórica da contagem de halos, foi analisada a influência de cada parâmetro cosmológico na abundância dos halos, a importância do uso da covariância dos halos, e a eficácia da utilização dos halos para vincular cosmologia. Também foi analisado em detalhes os intervalos de redshift e o uso de conhecimento prévio dos parâmetros ({\\it priors}). A predição teórica foi testada um uma simulação de matéria escura, onde a cosmologia era conhecida e os halos de matéria escura já haviam sido detectados. Nessa análise, foi atestado que é possível obter bons vínculos cosmológicos para alguns parâmetros (Omega_m,w,sigma_8,n_s), enquanto outros parâmetros (h,Omega_b) necessitavam de conhecimento prévio de outros testes cosmológicos. Na seção dos métodos estatísticos, foram discutidos os conceitos de {\\it likelihood}, {\\it priors} e {\\it posterior distribution}. O formalismo da Matriz de Fisher, bem como sua aplicação em aglomerados de galáxias, foi apresentado e usado para a realização de predições dos vínculos em levantamentos atuais e futuros. Para a análise de dados, foram apresentados métodos de Cadeias de Markov de Monte Carlo (MCMC), que diferentemente da Matriz de Fisher não assumem Gaussianidade entre os parâmetros vinculados, porém possuem um custo computacional muito mais alto. Os efeitos observacionais também foram estudados em detalhes. Usando uma abordagem com a Matriz de Fisher, os efeitos de completeza e pureza foram extensivamente explorados. Como resultado, foi determinado em quais casos é vantajoso incluir uma modelagem adicional para que o limite mínimo de massa possa ser diminuído. Um dos principais resultados foi o fato que a inclusão dos efeitos de completeza e pureza na modelagem não degradam os vínculos de energia escura, se alguns outros efeitos já estão sendo incluídos. Também foi verificados que o uso de priors nos parâmetros não cosmológicos só afetam os vínculos de energia escura se forem melhores que 1\\%. O cluster finder(código para detecção de aglomerados) WaZp foi usado na simulação, produzindo um catálogo de aglomerados. Comparando-se esse catálogo com os halos de matéria escura da simulação, foi possível investigar e medir os efeitos observacionais. A partir dessas medidas, pôde-se incluir correções para a predição da abundância de aglomerados, que resultou em boa concordância com os aglomerados detectados. Os resultados a as ferramentas desenvolvidos ao longo desta tese podem fornecer um a estrutura para a análise de aglomerados com fins cosmológicos. Durante esse trabalho, diversos códigos foram desenvolvidos, dentre eles, estão um código eficiente para computar a predição teórica da abundância e covariância de halos de matéria escura, um código para estimar a abundância e covariância dos aglomerados de galáxias incluindo os efeitos observacionais, e um código para comparar diferentes catálogos de halos e aglomerados. Esse último foi integrado ao portal científico do Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA) e está sendo usado para avaliar a qualidade de catálogos de aglomerados produzidos pela colaboração do Dark Energy Survey (DES), assim como também será usado em levantamentos futuros. Abstract Galaxy clusters are the largest bound structures of the Universe. Their distribution maps the dark matter halos formed in the deep potential wells of the dark matter field. As a result, the abundance of galaxy clusters is highly sensitive to the expansion of the universe as well as the growth of dark matter perturbations, representing a powerful tool for cosmological purposes. In the current era of large scale surveys with enormous volumes of data, the statistical quantities from the objects surveyed (galaxies, clusters, supernovae, quasars, etc) can be used to extract cosmological information. The main goal of this thesis is to explore the potential use of galaxy clusters for constraining cosmology. To that end, we study the halo formation theory, the detection of halos and clusters, the statistical tools required to quarry cosmological information from detected clusters and finally the effects of optical detection. In the composition of the theoretical prediction for the halo number counts, we analyze how each cosmological parameter of interest affects the halo abundance, the importance of the use of the halo covariance, and the effectiveness of halos on cosmological constraints. The redshift range and the use of prior knowledge of parameters are also investigated in detail. The theoretical prediction is tested on a dark matter simulation, where the cosmology is known and a dark matter halo catalog is available. In the analysis of the simulation we find that it is possible to obtain good constraints for some parameters such as (Omega_m,w,sigma_8,n_s) while other parameters (h,Omega_b) require external priors from different cosmological probes. In the statistical methods, we discuss the concept of likelihood, priors and the posterior distribution. The Fisher Matrix formalism and its application on galaxy clusters is presented, and used for making forecasts of ongoing and future surveys. For the real analysis of data we introduce Monte Carlo Markov Chain (MCMC) methods, which do not assume Gaussianity of the parameters distribution, but have a much higher computational cost relative to the Fisher Matrix. The observational effects are studied in detail. Using the Fisher Matrix approach, we carefully explore the effects of completeness and purity. We find in which cases it is worth to include extra parameters in order to lower the mass threshold. An interesting finding is the fact that including completeness and purity parameters along with cosmological parameters does not degrade dark energy constraints if other observational effects are already being considered. The use of priors on nuisance parameters does not seem to affect the dark energy constraints, unless these priors are better than 1\\%.The WaZp cluster finder was run on a cosmological simulation, producing a cluster catalog. Comparing the detected galaxy clusters to the dark matter halos, the observational effects were investigated and measured. Using these measurements, we were able to include corrections for the prediction of cluster counts, resulting in a good agreement with the detected cluster abundance. The results and tools developed in this thesis can provide a framework for the analysis of galaxy clusters for cosmological purposes. Several codes were created and tested along this work, among them are an efficient code to compute theoretical predictions of halo abundance and covariance, a code to estimate the abundance and covariance of galaxy clusters including multiple observational effects and a pipeline to match and compare halo/cluster catalogs. This pipeline has been integrated to the Science Portal of the Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA) and is being used to automatically assess the quality of cluster catalogs produced by the Dark Energy Survey (DES) collaboration and will be used in other future surveys.

Quasars are valuable sources for several cosmological applications. In particular, they can be used to trace some of the heaviest halos and their high intrinsic luminosities allow them to be detected at high redshifts. This implies that quasars (or active galactic nuclei, in a more general sense) have a huge potential to map the large-scale structure. However, this potential has not yet been fully realized, because instruments which rely on broad-band imaging to pre-select spectroscopic targets usually miss most quasars and, consequently, are not able to properly separate broad-line emitting quasars from other point-like sources (such as stars and low resolution galaxies). This work is an initial attempt to investigate the realistic gains on the identification and separation of quasars and stars when medium- and narrow-band filters in the optical are employed. The main novelty of our approach is the use of Bayesian priors both for the angular distribution of stars of different types on the sky and for the distribution of quasars as a function of redshift. Since the evidence from these priors convolve the angular dependence of stars with the redshift dependence of quasars, this allows us to control for the near degeneracy between these objects. However, our results are inconclusive to quantify the efficiency of star-quasar separation by using this approach and, hence, some critical refinements and improvements are still necessary. Quasares são objetos valiosos para diversas aplicações cosmológicas. Em particular, eles podem ser usados para localizar alguns dos halos mais massivos e suas luminosidades intrinsecamente elevadas permitem que eles sejam detectados a altos redshifts. Isso implica que quasares (ou núcleos ativos de galáxias, de um modo geral) possuem um grande potencial para mapear a estrutura em larga escala. Entretanto, esse potencial ainda não foi completamente atingido, porque instrumentos que se baseiam no imageamento por bandas largas para pré-selecionar alvos espectroscópicos perdem a maioria dos quasares e, consequentemente, não são capazes de separar adequadamente quasares com linhas de emissão largas de outras fontes pontuais (como estrelas e galáxias de baixa resolução). Esse trabalho é uma tentativa inicial de investigar os ganhos reais na identificação e separação de quasares e estrelas quando são usados filtros de bandas médias e estreitas. A principal novidade desse método é o uso de priors Bayesianos tanto para a distribuição angular de estrelas de diferentes tipos no céu quanto para a distribuição de quasares como função do redshift. Como a evidência desses priors é uma convolução entre a dependência angular das estrelas e a dependência em redshift dos quasares, isso permite que a degenerescência entre esses objetos seja levada em consideração. Entretanto, nossos resultados ainda são inconclusivos para quantificar a eficiência da separação entre estrelas e quasares utilizando esse método e, portanto, alguns refinamentos críticos são necessários.

Esta tese tem como objetivo o estudo de aspectos dinâmicos e estatísticos da matéria escura em distribuições esféricas de massa. O fato de suas partículas constituintes interagirem gravitacionalmente mas não eletromagneticamente, e portanto sua evolução ser regida por interações de longo alcance, traz algumas complicações teóricas na descrição de suas propriedades nos termos da mecânica estatística, dificuldades compartilhadas com sistemas auto-gravitantes em geral. Para melhor compreender essas propriedades, estudamos as distribuições de matéria escura em três abordagens diferentes. Na primeira, utilizamos dados observacionais, utilizando lentes gravitacionais, em aglomerados de galáxias para comparar a performance de alguns modelos propostos para o perfil de densidade da matéria escura. Dividimos estes modelos em fenomenológicos ou teóricos. Dos primeiros, todos são capazes de descrever os dados observacionais com performance comparável. Entre os modelos teóricos estudados, o modelo chamado DARKexp descreve os dados tão bem quanto os primeiros. Numa segunda abordagem, utilizamos dados de simulações numéricas para testar uma função proposta para a distribuição de velocidades das partículas. Esta função inclui a anisotropia no campo de velocidades na chamada distribuição q-gaussiana. Comparamos a performance desta função com a da função gaussiana e concluímos que a primeira representa uma melhor descrição dos dados, mesmo levando em conta a introdução de um parâmetro extra, apesar de ainda apresentar algumas discrepâncias, especialmente nas regiões internas dos halos. Por fim, discutimos a possível relevância do conceito de indistinguibilidade na determinação dos estados de equilíbrio de sistemas auto-gravitantes em geral, propondo uma associação deste conceito com o nível de mistura do sistema. Implementamos esta associação numa análise combinatória e estudamos as conseqüências para a determinação da função distribuição e do perfil de densidades. Esta associação também levanta algumas dúvidas sobre a validade da equação de Vlasov durante o processo de relaxação violenta. This thesis aims to study the dynamic and statistical aspects of dark matter in spherical distributions. The fact that their constituent particles interact gravitationally but not electromagnetically, and therefore its evolution is governed by long-range interactions, brings some theoretical complications in their description in terms of the statistical mechanics, difficulties shared with self-gravitating systems in general. To better understand these properties, we studied the distributions of dark matter in three different approaches. First, we used observational data, using gravitational lensing in galaxy clusters to compare the performance of some proposed models for the dark matter density profile. We divide these models in phenomenological or theoretical. All of the formers are able to describe the observational data with comparable performance. Among the theoretical models studied, the model called DARKexp describes the data as well as the formers. In a second approach, we use numerical simulation data to test a proposed function for the velocity distribution. This function includes the velocity anisotropy into the so called q-Gaussian distribution. We compared the performance of this function with the Gaussian function and concluded that the first is a better description of the data, even taking into account the introduction of an extra parameter, although still presenting some discrepancies, especially in the inner regions of the halo. Finally, we discuss the relevance of the concept of indistinguishability in determining the states of equilibrium of self-gravitating systems in general, suggesting an association of this concept with the mixing level of the system. We implement this association in a combinatorial analysis and study the consequences for the determination of the distribution function and the density profile. This association also raises some questions about the validity of the Vlasov equation during the process of violent relaxation.

In this thesis we go beyond the standard cosmological LCDM model and study the effect of an interaction between dark matter and dark energy. Although the LCDM model provides good agreement with observations, it faces severe challenges from a theoretical point of view. In order to solve such problems, we first consider an alternative model where both dark matter and dark energy are described by fluids with a phenomenological interaction given by a combination of their energy densities. In addition to this model, we propose a more realistic one based on a Lagrangian density with a Yukawa-type interaction. To constrain the cosmological parameters we use recent cosmological data, the CMB measurements made by the Planck satellite, as well as BAO, SNIa, H0 and Lookback time measurements. Nesta tese vamos além do modelo cosmológico padrão, o LCDM, e estudamos o efeito de uma interação entre a matéria e a energia escuras. Embora o modelo LCDM esteja de acordo com as observações, ele sofre sérios problemas teóricos. Com o objetivo de resolver tais problemas, nós primeiro consideramos um modelo alternativo, onde ambas, a matéria e a energia escuras, são descritas por fluidos com uma interação fenomenológica dada como uma combinação das densidades de energia. Além desse modelo, propomos um modelo mais realista baseado em uma densidade Lagrangiana com uma interação tipo Yukawa. Para vincular os parâmetros cosmológicos usamos dados cosmológicos recentes como as medidas da CMB feitas pelo satélite Planck, bem como medidas de BAO, SNIa, H0 e Lookback time.

Visando aprimorar as medidas de distâncias cosmológicas feitas com a observação de supernovas de tipo Ia (SNIas), nós realizamos dois estudos: primeiro, verificamos as relações entre as propriedades das SNIas e de seus ambientes; segundo, avaliamos os dados de supernovas que poderiam ser obtidos com um mapeamento (survey) fotométrico do céu em filtros de banda estreita. Na primeira parte deste trabalho, nós utilizamos dados do Sloan Digital Sky Survey para confirmar as relações publicadas na literatura entre as propriedades das SNIas e a taxa de formação estelar de suas galáxias hospedeiras: SNIas em galáxias passivas tendem a ser mais breves, mais luminosas após correções, e sua cor influencia menos a sua magnitude quando comparadas a SNIas em galáxias ativas. Nós então analisamos SNIas em aglomerados ricos de galáxias e concluímos que elas são ainda mais breves do que a SNIa média em galáxias passivas. Essa característica está relacionada com a idade mais alta das galáxias passivas em ambientes densos e com a preferência dessas galáxias em hospedar SNIas bastante breves. As demais características das SNIas foram consideradas compatíveis com SNIas de campo dentro da precisão alcançada. Esse tipo de estudo deve impactar a determinação de distâncias uma vez que, em diversos casos, SNIas em redshifts diferentes habitam ambientes diferentes. O segundo tema desta tese trata de estudar as características de um novo método fotométrico aplicado às supernovas: o imageamento em filtros de banda estreita. Utilizando simulações de fotometria e tomando como base o projeto Javalambre Physics of the accelerating universe Astrophysical Survey (J-PAS), mostramos que um mapeamento realista em filtros de banda estreita é capaz de produzir amostras massivas de SNIas em redshifts intermediários (0 < z < 0;5) com baixa contaminação (3% ou menos), com um redshift fotométrico altamente preciso (sz =0;005) e com boa precisão na parametrização de suas curvas de luz. Além disso, filtros de banda estreita são capazes de resolver quase todas as características espectrais das supernovas. Junto com a rica informação que esse mapeamento pode prover sobre as galáxias observadas, esse tipo de projeto deve trazer contribuições significativas para o melhor entendimento das supernovas e das relações com seus ambientes. Aiming at improvements in cosmological distance measurements performed with type Ia supernovae (SNe Ia) observations, we carried out two studies: first, we analyzed the relationships between the properties of SNe Ia and those of their environments; second, we assessed what kind of SNe data could be attained by a photometric survey using narrowband filters. In the first part of this work we used data from the Sloan Digital Sky Survey to confirm previously reported relations between SNe Ia properties and their hosts star formation rate: SNe Ia in passive galaxies tend to be briefer, more luminous after corrections and their colors do not impact their magnitudes as much when compared to SNe Ia in active galaxies. We then analyzed the properties of SNe Ia inside rich galaxy clusters and concluded that they are even briefer than the average SNe Ia in passive galaxies. This characteristic is related to the older age of passive galaxies in dense regions and their preference for hosting very brief SNe Ia. Other properties of these SNe Ia were considered compatible under the precision attained. This kind of study may influence distance determinations since, in many cases, SNe Ia at different redshifts populate different environments. On the second part of this work we studied the characteristics of a new photometric method applied to supernovae: the narrowband filter imaging of the sky. Using photometry simulations and taking the Javalambre Physics of the accelerating universe Astrophysical Survey (J-PAS) project as our fiducial survey, we showed that a realistic narrowband survey is capable of producing massive SNe Ia samples at intermediate redshifts (0 < z < 0;5) with low contamination rate (3% or less), a highly precise photometric redshift (sz = 0;005) and a good precision on their light curve parametrization. Moreover, narrowband filters are able to resolve almost every supernova spectral feature. Together with the rich galaxy information this kind of survey can provide, it should present significant contributions to the better understanding of supernovae and their relationships with their environments.

Neste trabalho discutimos um modelo baseado em teoria de campos para descrever a energia escura, no qual ela é representada por uma partícula ultra-leve situada em um mínimo metaestável de um potencial. Mostramos que a energia escura neste modelo decai em matéria escura durante o tempo de vida do universo, amenizando o problema da coincidência. In the present work we discuss a field theory model in which dark energy is described by ultra-light particle situated at a metastable minimum of a potential. We show that dark energy in this model decays into dark matter during a time scale corresponding to the age of the universe, alleviating the coincidence problem.

Neste trabalho, construímos novas soluções com simetria esférica ou axial para as equações do campo gravitacional induzido num cenário brana do tipo Randall-Sundrum, onde uma 3-brana com constante cosmológica está imersa num espaço-tempo 5-dimensional conhecido como bulk. Para o caso esfericamente simétrico, com constante cosmológica negativa, obtivemos uma família de soluções numa brana assintoticamente anti-de Sitter, sendo que cada membro desta é diferenciado de outro por uma constante integração C, que fixada proveu-nos soluções de buracos negros ou buracos de minhocas. Com a mesma simetria, geometrias que descrevem buracos de minhoca foram encontradas numa brana assintoticamente de Sitter. Para o caso axialmente simétrico, métricas assintoticamente anti-de Sitter e de Sitter foram construídas no contexto citado. Propriedades óticas, como a rotação do vetor de polarização, foram estudadas, mostrando-nos algumas diferenças entre os mundos brana, tratados como uma teoria de gravitação modificada, e a relatividade geral. In this work we have constructed new solutions, with axial or spherical symmetry, to the induced gravitational field equations within a Randall-Sundrum type brane world scenario, where a 3-brane with cosmological constant is embedded in a 5-dimensional space-time called bulk. For the spherical case with negative cosmological constant, we have found a family of solutions in an anti-de Sitter brane, where each member of the family is different from another when C is fixed. With a fixed C we have black holes or wormholes. In this same case, with spherical symmetry, we have obtained wormhole solutions in a de Sitter brane. In the same context, for the axially symmetric case, metrics asymptotically anti-de Sitter and de Sitter were built. Optics features, like rotation of polarization vector, have been studied. These features showed some differences between brane worlds, a theory of modified gravity, and the General Relativity.

Os recentes avanços em cosmologia observacional indicam que o universo esteja passando por uma fase de expansão acelerada. A determinação do mecanismo responsável pela aceleração cósmica constitui um dos problemas mais intrigantes na ciência hoje. Entre os diversos candidatos a mecanismo de aceleração, a explicação mais simples e econômica é assumir a existência de uma constante cosmológica associada à energia do vácuo. Contudo, essa interpretação leva a importantes problemas conceituais associados à natureza dessa componente. Nesta tese, investigamos a dinâmica de diferentes mecanismos de aceleração cósmica, comparando suas previsões com diversos testes observacionais. Em particular, demos ênfase aos cenários baseados na criação de matéria escura fria (CCDM), nos quais a presente aceleração do universo é produzida sem a presença de um fluido exótico, como consequência do processo de produção de partículas de matéria escura gravitacionalmente induzido. Inicialmente, propusemos um modelo no qual o mecanismo de criação de partículas é capaz de gerar uma cosmologia dinamicamente degenerada com o modelo padrão, CDM. Discutimos no chamado modelo de Lima, Jesus & Oliveira (LJO) a dinâmica cosmológica com criação de matéria escura fria e com pressão. Através de um teste estatístico de $\\chi^2$, mostramos que o modelo fornece ótimo ajuste aos dados de supernovas tipo Ia (SNe Ia). Posteriormente, estudamos a evolução de pequenas perturbações de densidade em um fundo homogêneo para modelos tipo CCDM, através do formalismo Neo-Newtoniano. Restringindo-nos ao modelo LJO, comparamos as previsões obtidas nesse contexto com as proveniente do modelo CDM. Mostramos que o modelo é capaz de fornecer excelente ajuste aos dados observacionais de medidas da taxa de crescimento linear, para o caso plano e com velocidade efetiva do som $c^2_=-1$. Ainda dentro do cenário CCDM, investigamos uma segunda proposta original, com capacidade de ajuste às observações similar aos modelos CDM e LJO com mesmo número de parâmetros livres, porém com dinâmica não degenerada com estes. Derivamos a dinâmica cosmológica do modelo e discutimos a sua viabilidade através da análise estatística de medidas de SNe Ia e do parâmetro de Hubble em diferentes redshifts $H(z)$. Finalmente, discutimos a dinâmica de um modelo com decaimento do vácuo ((t)CDM) e sua descrição em campos escalares. Assumindo como forma d o termo de vácuo uma série de potências truncada do parâmetro de Hubble, derivamos as equações dinâmicas básicas e as previsões cosmológicas do modelo. Mostramos que, quando a transferência de energia entre as componentes dos setor escuro se dá através da criação de partículas, modelos CCDM e (t)CDM podem compartilhar a mesma dinâmica e termodinâmica, dentro de certas condições. Adicionalmente, mostramos que o modelo é capaz de prover um bom ajuste às medidas de SNe Ia e da chamada razão CMB/BAO. Obtivemos ainda uma descrição do modelo (t)CDM por um campo escalar, estendendo a validade do modelo para outros espaços-tempos e outras teorias gravitacionais. Nossos resultados mostram que existem diversas alternativas viáveis ao atual modelo padrão em cosmologia, capazes de contornar os problemas as sociados à constante cosmológica. A discussão dessas alternativas é essencial para uma compreensão mais profunda acerca da dinâmica, da composição e do destino do universo. Recent advances in observational cosmology indicate that the universe is undergoing an accelerating stage of expansion. The determination of the mechanism responsible for the cosmic acceleration is one of the most intriguing problems in science today. Among many candidates for the acceleration mechanism, the simplest and most economical explanation is to assume the existence of a cosmological constant associated with the vacuum energy. However, this interpretation leads to important conceptual problems associated with the nature of this component. In this thesis, we investigate the dynamics of different mechanisms of cosmic acceleration, comparing their predictions through several observational tests. In particular, we emphasize the scenarios based on creation of cold dark matter (CCDM), in which the present acceleration of the universe is produced without the presence of an exotic fluid as a result of the gravitationally induced dark matter production process. Initially, we have proposed a model in which the particle creation mechanism is able to produce a cosmology dynamically degenerated with respect to the standard model, CDM. We discussed the cosmological dynamics for the creation of cold dark matter and dark matter with pressure within the so-called model of Lima, Jesus & Oliveira (LJO). Through a statistical $\\chi^2$ test, we showed that the model provides a good fit to the type Ia supernovae (SNe Ia) data. Subsequently, we studied the evolution of small density perturbations in a homogeneous background for CCDM type models through the Neo-Newtonian formalism. Restricting ourselves to the LJO model, the predictions obtained in this context were compared with those from the CDM model. We showed that the model is able to provide a very good fit to the linear growth rate observational data, for a flat universe and effective speed of sound $c^2_=-1$. Also within the CCDM scenario, we discussed a second original proposal with similar goodnes-of-fit and same degree of freedom to the models CDM and LJO, but with a non-degenerated dynamics. We derived the dynamics of the model and discussed its viability through the statistical analysis of measurements of SNe Ia and Hubble parameter in different redshifts $H(z)$, obtaining results in complete agreement. Finally, we discussed the dynamics of a model with vacuum decay ((t)CDM) and its description by scalar fields. Assuming the form of the vacuum term as a power series in the Hubble parameter, we derived the basic dynamic equations and the cosmological predictions of the model. We showed that when the energy exchange between the components of the dark sector is through the creation of particles, CCDM models and (t)CDM can share the same dynamics and thermodynamics under certain conditions. Additionally, we showed that the model is able to provide a good fit to the SNe Ia data and measurements of the CMB/BAO ratio. We also derived a description of CDM model by a scalar field, extending the validity of the model for other space-times and other gravitational theories. Our results show that there are several viable alternatives to the current standard model of cosmology, able to overcome the problems associated with the cosmological constant. The discussion of these alternatives is essential to a deeper understanding of the dynamics,composition and fate of the universe.

Experimentos modernos com observações das posições e redshifts de galáxias em grandes áreas do céu representam uma poderosa ferramenta para a investigação de modelos cosmológicos. Entretanto, estas observações trazem consigo novos desafios práticos e teóricos para a extração da informação contida nos dados. Esta dissertação faz uma revisão da interpretação teórica da aglomeração de galáxias e dos efeitos de lenteamento gravitacional fraco por estruturas em largas escalas no Universo, no contexto de modelos cosmológicos FLRW. Esta interpretação e geral, na medida em que os efeitos da curvatura espacial são apropriadamente considerados, sendo portanto verdadeiros para Universos FLRW com conteúdos arbitrários de matéria e energia escura. Neste contexto, consideramos a estatística de dois pontos no espaço de configurações e no espaço harmônico, obtendo formulas gerais para a função de correlação de dois pontos no espaço real e no espaço de redshifts. Incluímos ainda efeitos de grandes ângulos e consideramos a aproximação de observador distante de forma apropriada. Uma característica importante de levantamentos fotométricos de galáxias e a de que eles vão ganhar em área e profundidade, em troca de uma pior determinação das posições radiais. Neste contexto, uma técnica padrão para extração de informação cosmológica dos dados consiste em dividir as galáxias em bins de redshift, de forma a assim usar a função de correlação angular (ACF) w() e o espectro de potencias angular (APS) C. Nesta dissertação também tratamos o problema de vincular parâmetros cosmológicos usando técnicas de inferência estatística Bayesiana a partir das medidas da ACF e do APS em grandes escalas. Diferentes técnicas computacionais são discutidas e um modelo detalhado para a ACF em grandes escalas ´e apresentado, incluindo todos os efeitos relevantes, como não-linearidades gravitacionais, o bias, distorções no espaço de redshift, e incertezas nas estimativas de redshifts (photo-zs). Apresentamos uma analise da ACF em grandes escalas para galáxias do CMASS, um catalogo de redshifts fotométricos baseado no Data Release 8 do Sloan Digital Sky Survey- III, mostrando que a ACF pode ser eficientemente aplicada para vincular cosmologia em levantamentos fotométricos do futuro. Também apresentamos uma analise similar em dados simulados do Dark Energy Survey, mostrando que no futuro próximo tal analise nos permitira vincular modelos cosmológicos com precisão ainda maior. Finalmente, apresentamos um trabalho preliminar sobre correlações angulares de posição e shear no espaço harmônico para as simulações Onion. Modern wide-area multi-color deep galaxy redshift surveys provide a powerful tool to probe cosmological models. Yet they bring new practical and theoretical challenges in order to exploit the information contained in their data. This dissertation reviews the theoretical interpretation of clustering of galaxies and shear/convergence weak lensing effects by the large scale structure of the Universe in the context of FLRW cosmological models. This interpretation is general in the sense that the effects of the spatial curvature are properly taken into account, thus holding for FLRW Universes with arbitrary content of matter and dark energy. In this context, we consider two-point statistics both in configuration and harmonic spaces, providing general formulae for the two-point correlation function in real and redshift space. We further include wide angle effects and consider the proper distant observer approximation. One main characteristic of photometric galaxy surveys is that they will gain in area and depth, in exchange for a poorer determination of radial positions. In this context splitting the data into redshift bins and using the angular correlation function (ACF) w() and the angular power spectrum (APS) C constitutes a standard approach to extract cosmological information. This dissertation also addresses the problem of constraining cosmological parameters using Bayesian inference techniques from measurements of the ACF and the APS on large scales. Different computational approaches are discussed to accomplish this goal and a detailed model for the ACF at large scales is presented including all relevant effects, namely nonlinear gravitational clustering, bias, redshift-space distortions and photo-z uncertainties. We present an analysis of the large scale ACF of the CMASS luminous galaxies, a photometric-redshift catalogue based on the Data Release 8 (DR8) of the Sloan Digital Sky Survey-III, showing that the ACF can be efficiently applied to constrain cosmology in future photometric galaxy surveys. We also present a similar analysis on simulated data from the Dark Energy Survey (DES), showing that in the near future such analysis will allow us to constrain cosmological models with even high precision. Finally, we also present preliminary work on the position and shear angular correlations in harmonic space for the Onion simulations.

Nesta tese, investigamos diversos tópicos atuais e relevantes em física de neutrinos. Contribuimos com a análise da determinação do menor ângulo de mistura leptônico, ômega 13, e estudamos, de maneira probabilística, o impacto decorrente na matriz de massa dos neutrinos. Tendo em vista o último parâmetro de oscilação desconhecido, a fase de violação de CP, estudamos uma medida apropriada para experimentos como T2K e NOvA, chamada fração de exclusão de CP. Além disso, analisamos as antigas e recentes anomalias dos experimentos de oscilação de neutrinos em curtas distâncias, realizando o mais completo e detalhado ajuste global até o presente momento. In this thesis, we investigate several recent and relevant topics in neutrino physics. We have contributed to the analysis of the smallest mixing angle, omega13, and we have studied, in a probabilistic fashion, the consequent impact in the neutrinos mass matrix. In view of the last unknown oscillation parameter, the CP violation phase, we study an appropriate measure for experiments like T2K and NOvA, the CP exclusion fraction. Besides, we analyses the recent and older anomalies of short baseline neutrino oscillation experiments, performing the most complete and detailed global fit up to date.

Neste trabalho faremos uma investigação no campo das perturbações gravitacionais e propagação de ondas em geometrias de buracos negros com campos elétricos ou magnéticos. Usando uma geometria tipo Ernst-Melvin de um buraco negro massivo em um Universo com campo magnético no eixo z, calculamos os modos quasi-normais de propagação de um campo escalar, demonstrando que este se comporta como um campo escalar com massa 2|m|B em uma geometria de Schwarzschild, para pequenos valores do campo magnético B (correspondendo m ao número azimutal do esférico harmônico). Ainda com esta geometria, calculamos a contribuição de ondas escalares para a entropia do buraco negro em termos dos cut offs ultravioleta e infravermelho. Com uma solução do tipo Reissner-Nordström em 4 dimensões, investigamos as possíveis correspondências entre os modos quasinormais e as propriedades termodinâmicas deste buraco negro, atestando o resultado de que a conjectura Hod modificada por Maggiore é válida em tal solução. Também, com uma geometria de Reissner-Nordström-de Sitter D-dimensional, obtivemos os modos quasi-normais de vibração para dois potenciais diferentes, estabelecendo a ausência de modos instáveis para uma grande gama de parâmetros deste buraco negro. In this work we make an incursion into the branch of gravitational perturbations and field propagation around known-geometries of black holes with electromagnetic fields. Using an Ernst-Melvin type of geometry in a massive black hole immersed on a magnetic Universe, we calculate the quasi-normal modes of the propagating field, showing the equivalence of this problem with that of a massive scalar field (for which the mass is 2|m|B, m being the azhimutal number, and B the magnetic field) propagating around a Schwarzschild geometry. We also compute the contribution of the scalar field to the entropy of the black hole in terms of the infrared and ultraviolet cut offs. Using a Reissner-Nordstr¨om-like solution in 4 dimensions, we investigate the possible correspondence between quasi-normal modes and the thermodynamical properties of this black hole, atesting the validity of the modified Hod conjecture as proposed by Maggiore. Finally, for a Reissner-Nordstr¨om-de Sitter D-dimensional solution, we obtain the quasi-normal modes for two diferent potentials, establishing the absence of unstable modes for a large range of values for the black hole parameters.