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Tese

Test particles and fields in axially symmetric relevant settings (2024)

  • Authors:
  • Autor USP: CAPOBIANCO, ROGÉRIO AUGUSTO - IFSC
  • Unidade: IFSC
  • Sigla do Departamento: FCM
  • DOI: 10.11606/T.76.2024.tde-09122024-092924
  • Subjects: GRAVIDADE; BURACOS NEGROS; GEODÉSIA; DISCOS DE ACRESÇÃO
  • Keywords: Accretion disks; Black holes; Geodésicas; Geodesics; Gravity; Scalarização espontânea; Spontaneous scalarization
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Os efeitos de um campo gravitacional podem ser estudados utilizando-se de partículas e campos teste. Uma análise exemplar inclui uma descrição completa das equações de movimento. Nesta tese reunimos os resultados de pesquisa que foram publicados em quatro artigos e foca na descrição da dinâmica de partículas e campos de teste em espaços-tempos estacionários e axialmente simétricos. As soluções aqui apresentadas são obtidas de forma analítica ou numerica para as equações de campo de Einstein no vácuo e eletrovácuo. Primeiramente, estudamos um modelo escalar-tensor no qual o campo escalar é acoplado de forma não-minimal com (a) o campo eletromagnético e (b) termos de curvatura do espaço-tempo. Investigamos a escalarização espontânea de um sistema auto-gravitante, que é estático, simetricamente cilíndrico e possui campos eletromagnéticos. Demonstramos que um campo escalar massivo e real se condensa no universo magnético de Melvin para ambos os cenários considerados. Para pequenos valores do campo escalar, uma solução de nodo existe, podendo ser expandida em termos de polinômios de Laguerre ao redor do eixo e funções de Bessel assintoticamente. Realizamos uma integração numérica completa das equações de movimento e verificamos que as soluções possuem nodos. Soluções existem para um intervalo finito da constantes de acoplamento. Surpreendetemente, descobrimos que para o caso (a), o intervalo de existência das soluções é mutuamente exclusivo, indicando que diferentes nodos nãopodem ser interpretadas como estados excitados de uma solução fundamental; o que não acontece para o caso (b), sugerindo que esses dois acoplamentos são de naturezas diferentes. Em segundo lugar, consideramos o movimento geodésico no swirling universe. Demonstramos que as equações geodésicas podem ser desacopladas usando o formalismo de Hamilton-Jacobi, onde uma quarta constante de movimento é encontrada. O conjunto de equações diferenciais desacopladas pode ser integrado analiticamente em termos de funções elementares e elípticas. Uma caracterização completa das possíveis órbitas é discutida. Tipicamente, uma órbita é limitada na direção radial e escapa para o infinito na direção z, exceto para partículas sem momento angular. Além disso, consideramos um espaço-tempo que descreve um buraco negro de Schwarzschild imerso em um swirling universe; neste caso, a equação geodésica não pode ser desacoplada, necessitando de integração numérica. Resultados preliminares sugerem o movimento caótico para partículas massivas ou sem massa. Em seguida, exploramos o movimento de partículas carregadas no electromagnetic swirling universe (EMS). O espaço-tempo EMS é uma nova solução obtida recentemente, caracterizada por ser estacionária e axialmente simétrica. Pode ser vista como a imersão de um espaço-tempo de Melvin em um swirling universe, ou vice-versa. Considerando-se a presença de campos eletromagnéticos, analisamos o movimento de partículas carregadas, tanto com cargas elétricasquanto magnéticas, para uma descrição abrangente. Notavelmente, as equações de movimento também podem ser desacopladas no formalismo de Hamilton-Jacobi. A estrutura matemática das equações de movimento desacopladas assemelha-se à do movimento geodésico no swirling universe. Consequentemente, as equações podem ser integradas analiticamente em termos de funções elementares e elípticas. Tipicamente, uma órbita é qualitativamente similar a uma no swirling universe, sendo limitada na direção radial e escapando para o infinito na direção z. No entanto, existe um caso especial em que a interação eletromagnética pode contrabalançar o efeito de arrasto, permitindo que órbitas de partículas com momento angular não-nulo sejam planas. Finalmente, examinamos os discos geometricamente espessos ao redor de um buraco negro de Kerr imerso em um swirling universe. Devido à interação spin-spin entre o buraco negro e o swirling universe de fundo, uma singularidade cônica aparece no eixo de simetria, afetando significativamente as propriedades geométricas e as soluções de disco, que são afastadas do plano equatorial mesmo com pequenas variações do parâmetro de swirling. Para uma descrição exemplar, consideramos o parâmetro de Kerr dentro de um intervalo que inclui um buraco negro de rotação lenta, média e rápida; o mesmo é feito para o parâmetro de swirling. Além disso, consideramos tanto o movimento progressivo quanto o retrógrado, em relação à rotação do buraco negro. Descobrimos que soluçõesde disco existem para ambos os casos. Além disso, a interação spin-spin atua como um efeito estabilizador para o movimento progressivo e um efeito desestabilizador para o movimento retrógrado; esse efeito aumenta com a rotação do buraco negro. A presença da rotação de fundo faz com que órbitas estáticas apareçam; no entanto, todas são instáveis, e soluções de disco com superfícies estáticas não existem. A quebra de simetria em relação ao plano equatorial causa uma distribuição vertical das órbitas circulares e soluções de toro espesso. As possíveis soluções de disco são classificadas em termos dos cusp e do valor do potencial efetivo nos cusp. Todas as possíveis soluções de disco podem ser classificadas em dois grupos diferentes
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 13.08.2024
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI
    Informações sobre o DOI: 10.11606/T.76.2024.tde-09122024-092924 (Fonte: oaDOI API)
    • Este periódico é de acesso aberto
    • Este artigo NÃO é de acesso aberto
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      CAPOBIANCO, Rogério Augusto. Test particles and fields in axially symmetric relevant settings. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-09122024-092924/. Acesso em: 08 fev. 2026.

    • APA

      Capobianco, R. A. (2024). Test particles and fields in axially symmetric relevant settings (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-09122024-092924/

    • NLM

      Capobianco RA. Test particles and fields in axially symmetric relevant settings [Internet]. 2024 ;[citado 2026 fev. 08 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-09122024-092924/

    • Vancouver

      Capobianco RA. Test particles and fields in axially symmetric relevant settings [Internet]. 2024 ;[citado 2026 fev. 08 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-09122024-092924/

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