Accretion disks around black holes with gas radiating out parts of its gravitational potential energy have long served as objects of both theoretical and observational studies. By solving the structure equations of the disk it is possible to predict the outgoing radia- tive flux and the observed spectrum of the disk and test the validity of the theory against direct observations. The standard thin disk model (Shakura-Sunyaev, Novikov-Thorne) shows, however, a still unexplained non-negligible deviance in the observed spectrum at higher mass accretion rates. To amend to the set of proposed explanations, in this thesis we examine the effect of the magnetic pressure on the trapping of some of the internal energy generated by viscous dissipation processes in the disk and advecting this energy to the black hole. A phenomenological description of heat advection mediated by a highly heterogenous magnetic field will be given, as well as its effect on the spectrum and observed effective temperature. 1

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This thesis is a review of research done over the course of the past 4 years, divided into two unrelated parts. The rst is set in the context of Bagger-Lambert-Gustavsson models, based on 3-Lie algebras. In particular I will describe theories with metric 3-algebras of inde nite signature: these present elds with negative kinetic terms. The problem can be solved by gaugeing away the non-physical degrees of freedom, to obtain other well understood theories. I will show how this procedure can be easily applied for 3-algebra metrics of any inde nite signature. Part II of this thesis focuses on solutions of topologically massive gravity (TMG): particular attention is devoted to warped AdS3 black holes, which are discussed in great detail. I will present a novel analysis of the near horizon geometries of these solutions. I further propose an approach for searching for new solutions to 3-dimensional gravity based on conformal symmetry. This approach is able to yield most of the known axisymmetric stationary TMG backgrounds.

En utilisant des modèles sigma non-linéaires de fonctions d'un espace-temps D-dimensionnel à un espace symétrique G/H, nous discutons de solutions de type trou noir et membrane noire dans diverses théories de gravité supersymétriques. Un espace symétrique est une variété, riemannienne ou pseudo-riemannienne, pour laquelle le tenseur de Riemann est covariantement constant. L'utilisation du dictionnaire Kac-Moody/supergravité et les techniques de réduction dimensionnelles nous permettent de décrire des trous noirs de cohomogénéité un comme des géodésiques sur G/H. Un espace-temps M, potentiellement agrémenté d'un trou noir, est de cohomogénéité un s'il existe un groupe d'isométries Iso qui agit sur M et dont le quotient M/Iso est uni-dimensionnel. L'utilisation d'algèbres de Kac-Moody dans les théories de gravité a été développé dans l'espoir de décourvrir la symétrie sous-jacente de la théorie des cordes, aussi appelée théorie M. Les techniques de réduction dimensionnelle ont depuis longtemps été utilisées pour dévoiler les symétries cachées des théories de gravité. Dans la description du modèle sigma, les trous noirs extrémaux ou branes noires sont des géodésiques nulles et correspondent à un élément nilpotent de l'algèbre de Lie g de G. Un élément X nilpotent est caractérisé par la propriété X^n = 0. En utilisant le formalisme mathématique decrivant les orbites nilpotentes, nous classifions tous les trous noirs extrémaux dans la supergravité N=2 minimale à quatre dimensions, N=2 S^3 supergravité en quatre dimensions et la supergravité minimale en cinq dimensions. De la même manière, quand G est un sous-groupe d'un groupe Kac-Moody, très-étendu ou sur-étendu, on envoie l'orbite nilpotente minimale, en utilisant le plus haut poids de g, sur des solutions supersymétriques et non-supersymétriques de type brane dans les théories de supergravité à dix et onze dimensions. Nos résultats montrent que les symétries du groupe de Lie sont très utiles de ces solutions pour classer et trouver de nouvelles solutions de type trou noir. Afin de prouver l'unicité et plusieurs autres résultats formels, nous avons développé des méthodes préliminaires dans l'espoir qu'elles puissent être utilisées à l'avenir pour l'étude des trous noirs. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Upon dimensional reduction, certain supergravity theories exhibit symmetries otherwise undetected, called hidden symmetries. Not only do these symmetries teach us about the structure of the corresponding theories but moreover they provide methods to construct black hole solutions. <p><p>In this thesis, we study the hidden symmetries of supergravity theories of particular interest and how these help constructing black hole solutions in dimensions D>4. We focus on three representative cases that are the symmetries appearing upon dimensional reduction to three, two and one dimensions. They are respectively described by finite, affine and hyperbolic algebras. In the first two cases, we develop and apply solution generating techniques.<p><p>The first part of this thesis introduces the background concepts. We start with an introduction to black holes and other black objects in dimensions D>4. We present their subtleties, the known solutions and the conjectured ones. We insist on stationary axisymmetric solutions of vacuum and to the corresponding solution generating technique.<p><p>The next chapter gives an introduction to Kac-Moody algebras. These indeed play a central role in this thesis as the symmetries appearing in three, two and one dimensions are described by three types of Kac-Moody algebras called respectively finite, affine and hyperbolic.<p><p>In the second part, we first review the notion of dimensional reductions and how the hidden symmetries can be uncovered. The rest of the thesis contains three applications of these hidden symmetries.<p><p>The first two concern five-dimensional minimal supergravity. Upon dimensional reduction to three dimensions, this theory exhibits a symmetry under the exceptional finite Kac-Moody algebra g2. This 14-dimensional algebra is the smallest exceptional finite Kac-Moody algebra. We use this duality to generate solutions while focussing mainly on black strings. <p><p>After reduction to two dimensions, the symmetry becomes infinite-dimensional and is described by the affine extension of g2. Moreover, the two-dimensional theory is integrable, which allows us to develop another type of solution generating technique, hitherto applied only to vacuum gravity. In this work we generalize it to a case with matter fields.<p><p>Finally, the notion of dimensional reduction to one dimension provides the necessary intuition for the conjecture of an algebraic formulation of M-theory, candidate to the unification of all interactions, based on the hyperbolic Kac-Moody algebra e10. In the last chapter of this thesis, we study an aspect of this correspondence, namely the e10 symmetry of massive type IIA supergravity in ten dimensions.<p><p>/<p><p>On sait depuis longtemps que par un processus appelé réduction dimensionnelle, on peut faire apparaître dans certaines théories de gravitation des symétries autrement indétectées. On les appelle des symétries cachées. La mise en évidence de ces symétries non seulement nous informe sur la structure de ces théories, mais de plus elle permet d'élaborer des méthodes de construction de solutions de trous noirs. <p><p>Dans cette thèse, nous étudions les symétries cachées de certaines théories de supergravité en dimensions supérieures à quatre. Nous nous concentrons sur trois cas représentatifs que sont les symétries apparaissant après réduction à trois, deux et une dimensions. Dans les cas des symétries apparaissant à trois et à deux dimensions nous développons et appliquons des méthodes de construction de solutions. <p><p>La première partie introduit les concepts préliminaires. Nous commençons par une introduction aux trous noirs et autres objets noirs en dimensions supérieures à quatre. Nous en présentons les subtilités, les solutions connues à ce jour et celles qui ne sont encore que conjecturées. Nous insistons particulièrement sur les solutions stationnaires à symétrie axiale dans le vide et à la méthode de construction de solutions correspondante.<p><p>Le chapitre suivant présente une introduction aux algèbres de Kac-Moody. Celles-ci jouent en effet un rôle central dans cette thèse puisque les symétries apparaissant à trois, deux et une dimensions sont décrites par trois types d'algèbres de Kac-Moody appelées respectivement finies, affines et hyperboliques. <p><p>Dans la deuxième partie, nous rentrons dans le vif du sujet, en commençant par rappeler le principe des réductions dimensionnelles et la mise en évidence des différents types de symétries cachées. Les trois derniers chapitres contiennent ensuite trois applications de ces symétries cachées. <p><p>Dans deux d'entre eux, nous nous concentrons sur la théorie de supergravité minimale à cinq dimensions. Après réduction à trois dimensions, cette théorie présente un symétrie cachée sous le groupe G2 qui, avec quatorze dimensions, est le plus petit des groupes de Lie exceptionnels. Nous utilisons cette dualité pour engendrer des solutions, en nous focalisant essentiellement sur les solutions de cordes noires. <p><p>A deux dimensions, la symétrie est décrite par l'extension affine de G2. De plus, la théorie est alors complètement intégrable. Cela conduit à un autre type de méthode de construction de solutions, jusqu'alors uniquement appliquée à des théories dans le vide. Dans ce travail, nous la généralisons donc à un cas avec champs de matière. <p><p>Enfin, la notion de réduction à une dimension fournit l'intuition d'une conjecture selon laquelle la théorie M, candidate à l'unification de toutes les interactions, pourrait être reformulée en une théorie basée sur l'algèbre de Kac-Moody hyperbolique e10. Dans le dernier chapitre de cette thèse, nous étudions un aspect de cette correspondance, à savoir, la symétrie sous e10 de la supergravité massive de type IIA à dix dimensions. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctor of Philosophy / Department of Mathematics / Louis Crane / We exhibit a static, cylindrically symmetric, exact solution to the Euler-Heisenberg field equations (EHFE) and prove that its effective geometry contains (optical) black holes. It is conjectured that there are also soliton solutions to the EHFE which contain black hole geometries.

We firstly numerically recalculate the Ricci tensor of non-stationary axisymmetric space-times (originally calculated by Chandrasekhar) and we find some discrepancies both in the linear and non-linear terms. However, these discrepancies do not affect the results concerning linear perturbations of a Schwarzschild black hole. Secondly, we use these Ricci tensors to derive the Zerilli and Regge-Wheeler equations and use the Newman-Penrose formalism to derive the Bardeen-Press equation. We show the relation between these equations because they describe the same linear perturbations of a Schwarzschild black hole. Thirdly, we illustrate heuristically (when the angular momentum (l) is 2) the relation between the linearized solution of the Einstein vacuum equations obtained from the Bondi-Sachs metric and the Zerilli equation, because they describe the same linear perturbations of a Schwarzschild black hole. Lastly, by means of a coordinate transformation, we extend Chandrasekhar's results on linear perturbations of a Schwarzschild black hole to the Bondi-Sachs framework. / Mathematical Sciences / M. Sc. (Applied Mathematics)

Angular distributions of jet pairs (dijets) produced in proton-proton collisions at a centre-of- mass energy √s = 7 TeV have been studied with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider using the full 2011 data set with an integrated luminosity of 4.8 fb−1, and reaching dijet masses up to 4.5 TeV. All angular distributions are consistent with QCD predictions. Analysis of the dijet angular distribution, using a novel technique simultaneously employing the dijet mass, is employed. This analysis is sensitive to both resonant new physics and phenomena with a slow-onset in mass. Using this technique, new exclusion limits have been set at 95% credibility level for several hypotheses of physics beyond the standard model including: quantum gravity scales, with 6 extra dimensions, below 4.11 TeV, quark contact interactions below a compositeness scale of 7.6 TeV, and excited quarks with a mass below 2.75 TeV. In a large and complex scientific experiment, such as ATLAS, the collection, management and usability of coherent data and metadata is a challenging operation. The availability of these data to physicists within the experiment is essential to all analysis efforts. A new web-based interface called “RunBrowser”, which makes ATLAS and LHC operations data available to the ATLAS Collaboration, is introduced.