Orientador: Alberto Vazquez Saa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maurer_ManuelaGibimRodrigues_D.pdf: 2170208 bytes, checksum: c6e199a21845849c79ef9b7ed5cd71da (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nos últimos anos, a interpretação do cenário cosmológico sofreu inúmeras modificações, devido às contribuições das pesquisas em SNe Ia e em núcleos galáticos. Estes estudos evidenciam a presença de componentes exóticos no universo, a matéria e energia escuras. Os modelos de quintessência descrevem esta energia escura como um campo escalar acoplado à gravidade, considerando todo o universo permeado por ele. Na vizinhança de um buraco negro, este campo deverá ser absorvido, modificando a sua distribuição de massa. Esta acreção de massa exótica vem sendo interligada ao caso de buracos negros primordiais, sugerindo um possível mecanismo para a formação de buracos negros supermassivos. Utilizando uma abordagem quasi-estacionária, consideramos a evolução da massa de um buraco negro de Schwarzschild na presença de um campo cosmológico escalar não minimamente acoplado. A equação da evolução da massa é resolvida analiticamente para um acoplamento genérico, revelando um comportamento qualitativamente diferente do caso de acoplamento mínimo. Em particular, para buraco negros com massas menores que um certo valor crítico, o acréscimo do campo escalar pode levar à diminuição da massa, mesmo se nenhuma energia de phantom for envolvida. A validade física da abordagem quasi-estacionária adotada e algumas implicações do nosso resultado para evolução dos buracos negros primordiais e astrofísicos são discutidas. Mais precisamente, nós discutimos que os dados observacionais de buracos negros poderiam ser usados para colocar restrições no conteúdo de energia não minimamente acoplado / Abstract: In the last years, the interpretation of the cosmological scenario suffered uncountable modifications because of contribution of research in SNe Ia and galactic core. These studies demonstrate the presence of exotics components in the universe, the dark matter and the dark energy. Quintessencial models describe this dark energy as a scalar field coupled to gravity, considering the entire universe permeated by it. In the vicinity of a black hole, this field should be absorbed, modifying its distributions of mass. This accretion of this exotic mass has been interconnected at the case of primordial black holes, suggesting a possible mechanism for the formation of supermassive black holes. By using a quasi-stationary approach, we consider the mass evolution of Schwarzschild black holes in the presence of a nonminimally coupled cosmological scalar field. The mass evolution equation is analytically solved for generic coupling, revealing a qualitatively distinct behavior from the minimal coupling case. In particular, for black hole masses smaller than a certain critical value, the accretion of the scalar field can lead to mass decreasing even if no phantom energy is involved. The physical validity of the adopted quasi-stationary approach and some implications of our result for the evolution of primordial and astrophysical black holes are discussed. More precisely, we argue that black hole observational data could be used to place constraints on the nonminimally coupled energy content of the universe / Doutorado / Física das Particulas Elementares e Campos / Doutora em Ciências

Orientador: Alberto Vazquez Saa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:11:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dadam_Fabio_M.pdf: 999114 bytes, checksum: 86eea1cd6f96a55892393c5ee86c320f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Oscilações de buracos negros adquiriram importância nos últimos anos devido a possibilidade de se comprovar a existência de tais corpos celestes por meio da detecção da radiação gravitacional emitida por eles. Nesse trabalho, o estudo da propagação de ondas de diferentes tipos incidentes em um buraco negro é apresentado sob o ponto de vista matematico. Inicialmente, são usados elementos de Geometria Diferencial a fim de se estabelecer a estrutura matemática da gravitação e, a partir de um conjunto de hipóteses, determinase uma família de soluções das Equações de Einstein que caracteriza os buracos negros (Schwarzschild, Reissner-Nordstrom, Kerr e Kerr-Newman). As Equações de Teukolsky, que governam as perturbações de buracos negros, são obtidas com a ajuda do formalismo de Newman-Penrose e transformadas em uma equação de onda unidimensional. Obedecendo a condições de fronteira especificas, soluções dessa equação para frequências complexas são então determinadas a partir de diferentes métodos semi-analiticos / Abstract: In the past few years, black hole oscillations became a very interesting research area mainly due to the possibility of proving the existence of such celestial bodies through the gravitational radiation emitted by them. In this work, the study of the propagation of different kinds of incident waves on a black hole is presented under the mathematical point of view. Initially, elements of differential geometry are used to establish the mathematical structure of gravitation and, under certain hypotheses, a family of solutions to the Einstein equations is obtained, describing the black holes (Schwarzschild, Reissner-Nordstr¨om, Kerr and Kerr-Newman). Teukolsky equations, which govern the black hole perturbations, are obtained with the aid of Newman-Penrose formalism and transformed to a one-dimensional wave equation. According to certain boundary conditions, solutions of this equation for complex frequencies are determined from different semi-analytic methods / Mestrado / Geometria / Mestre em Matemática

This Thesis is concerned with three particular aspects of extended cosmic strings and domain walls in cosmology: their dynamics, gravitation and interaction with a black hole. In Chapter 3, we study the dynamics of an abelian-Higgs cosmic string. We find its equations of motion from an effective action and compare, for three test trajectories, the resulting motion with that observed in the Nambu-Gotō approximation. We also present a general argument showing that the corrected motion of any string is generically antirigid. We pursue the investigation of the dynamics of topological defects in Chapter 5, where we find (from integrability conditions rather than an effective action) the effective equations governing the motion of a gravitating curved domain wall. In Chapter 4 we investigate the spacetime of a gravitating domain wall in a theory with a general potential V(ɸ). We show that, depending on the gravitational coupling e of the scalar ɸ, all nontrivial solutions fall into two categories interpretable as describing respectively domain wall and false vacuum-de Sitter solutions. Wall solutions cannot exist beyond a value (^4)(_3)ɛmax, and vacuum-de Sitter solutions are unstable to decaying into wall solutions below ɛmax at ɛmax we observe a phase transition between the two types of solution. We finally specialize for the Goldstone and sine-Gordon potentials. In Chapter 6 we consider a Nielsen-Olesen vortex whose axis passes through the centre of an extremal Reissner-Nordstr0m black hole. We examine in particular the existence of piercing and expelled solutions (where the string respectively does and does not penetrate the black hole's horizon) and determine that while thin strings penetrate the horizon — and therefore can be genuinely called hair — thick strings are expelled; the two kinds of solution are separated by a phase transition.

Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Orlando Luis Goulart Peres / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_ClaitonPimentelde_D.pdf: 6246469 bytes, checksum: 74e9bd5e915848a1681572fd38bcf297 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Matéria, ao se acumular ao redor de um objeto compacto (e.g., um buraco negro), se configura naturalmente na forma de um disco grosso (toro) em rotação. A matéria do disco pode ser considerada como um fluido, e suas estruturas de equilíbrio hidrodinâmico podem ser obtidas a partir das equações básicas da hidrodinâmica. Nesse trabalho apresento uma extensa revisão da teoria básica de discos grossos de acreção, no âmbito das teorias clássica e relativística, incluindo uma análise da chamada órbita circular marginalmente estável. Formulo o problema incluindo a autointeração gravitacional do toro, caso em que o problema das estruturas de equilíbrio se torna um problema de fronteira livre, o que dificulta a obtenção das soluções. Reviso os métodos e técnicas numéricas já utilizadas ao se atacar esse problema e desenvolvo um código numérico próprio, chamado BLATOS, que gera soluções autogravitantes de toros ao redor de buracos negros. Desenvolvo ainda uma metodologia para se aplicar o método nodal dos elementos espectrais a domínios não limitados. O desenvolvimento desse novo tipo de elemento, os chamados elementos infinitos, gera uma extensão natural a elementos não limitados com bordas curvas assintóticas. Aplico as soluções numéricas obtidas no estudo da instabilidade runaway, mostrando como a identificação da situação de instabilidade pode ser feita a partir dessas soluções. A partir do código numérico é possível alterar o perfil de rotação e a razão das massas toro/buraco negro, de forma a se realizar um estudo do espaço de soluções / Abstract: Matter, accumulating around a compact object (e.g., a black hole), appears naturally in the form of a thick disk (torus) in rotation. The material of the disk can be considered as a fluid, and its hydrodynamic equilibrium structures can be obtained from the basic equations of hydrodynamics. In this work I present an extensive review of the basic theory of thick accretion disks, in the framework of the classical and relativistic theories, including an analysis of the so called marginally stable circular orbit. I formulate the problem including the torus self gravitational interaction, in which case the equilibrium structures problem becomes a free boundary problem, making it difficult getting the solutions. I revise the methods and numerical techniques used to attack this problem and I develop a numeric code, named BLATOS, that generates autogravitating tori solutions around black holes. Further, I develop a methodology for applying the nodal spectral element method to unbounded domains. The development of this new type of element, the so called infinite element, generates a natural extension to unbounded elements with asymptotic curved edges. I apply the resulting numerical solutions in the study of runaway instability, showing how the identification of the instability can be done from these solutions. The rotation law and the torus/black hole mass ratio can be changed from the numerical code in order to conduct a study of the solution space / Doutorado / Física / Doutor em Ciências