Cerca de 25% do conteúdo energético do universo se encontra sob uma forma de natureza ainda não determinada e é conhecida pelo nome de matéria escura. Desde as primeiras especulações acerca de sua existência (Zwicky ~ 1933), vários modelos foram propostos na tentativa de justificar os dados observacionais encontrados mas, até hoje, nenhum deles foi capaz de cumprir essa tarefa a contento. Nesta dissertação, apresentaremos uma breve discussão desses modelos, além de propor um novo, baseado na idéia de que tanto a matéria escura quanto a energia escura possam ser compostas pelo campo escalar de Born-Infeld. / Nearly twenty five percent of the energetic content of the universe appears in a form that is still unknown and is named dark matter. Since the first speculations about its existence (Zwicky ~1933), many models have been proposed trying to justify all the observed data but, until now, none of them has been able to solve this problem. In this monography, we will present a brief discussion about these models and propose a new one, based on the idea that both dark matter and dark energy could be the Born Infeld scalar field.

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T14:46:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazPolanco_JoseLuisBernardo_M.pdf: 1930205 bytes, checksum: dd4e314538444eec0ce22039909d4483 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: São apresentadas soluções numéricas do sistema de equações diferenciais de Tolman-Oppenheimer- Volkov para um gás de partículas em transição de fases, no contexto da relatividade geral, encontrando a estrutura do espaço-tempo associada com a transição de fases. Para isto assumimos que o gás está formado por partículas autogravitantes, idênticas, com simetria esférica, e cujo tensor de energia-momentum é do tipo fluido perfeito. As interações internas do gás são representadas por uma equação de estado capaz de descrever uma transição de fase do tipo gás-Iíquido. Um gás estacionário deste tipo poderia representar uma estrela em equilíbrio hidrodinâmico. Concluímos que a termo dinâmica não perde sentido no contexto da relatividade geral, apresentando claramente que a transição de fases acontece só numa superfície esférica e concêntrica no interior da estrela, na qual a curvatura do espaço-tempo reflete, mais uma vez, o mesmo comportamento que a distribuição interna de matéria na estrela, neste caso, uma descontinuidade na região de coexistência de fases / Abstract: We present numerical solutions for the differencial equations the Tolman-Oppenheimer-Voltov for a gas particles in phase transition in the general relativity background, obtaining the space-time structure involved in the phase transition. For this purpouse, we consider the gas as formed by identical self-gravitating particles with spherical simetry and whose momentum- energy tensor is do like perfect fluid type. The internal interactions of the gas are represented by a state equation that has the property of describing gas-liquid phases transition. A stacionary gas like this is supposed to represent a star in hydrodynamic equilibrium. We conclude that there is no conflict of using thermodynamics in general relativity context, showing cleary that the phase transtition happens only in a spherical shell centered in the star geometrical center, about what the space-time curvature ilustrates, once more, the same behaviour expect by the distribution of matter inside the star, in such case, a descontinuity in the region of phase's coexistence / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:06:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vogt_Daniel_D.pdf: 2048895 bytes, checksum: d7173036404048baab332998c8c336cc (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Soluções exatas das equações do campo de Einstein que representam espaços-tempo com distribuições de matéria em forma de discos são construídas pelo método inverso (método das imagens). Estas soluções incluem discos estáticos ínos de fluido perfeito com e sem halos, discos estáticos finos de fluido perfeito com carga elétrica e modelos de discos finos formados por poeira carregada. São estudadas ainda novas soluções em vários sistemas de coordenadas que representam discos estáticos grossos com espessura constante. Uma forma particular para a métrica isotrópica em coordenadas cilíndricas é usada para obter-se versões relativísticas de pares potencial-densidade Newtonianos comumente usados na Astronomia Galáctica. Um modelo relativístico simplificado, porém exato, de um núcleo ativo de galáxia também é apresentado. Finalmente, é feito um estudo de alguns pares-potencial densidade Newtonianos obtidos a partir da expansão multipolar do potencial Newtoniano que generalizam pares conhecidos / Abstract: Exact solutions of Einstein field equations that represent space-times with disklike matter distributions are constructed using the inverse method (image method). These solutions include static thin perfect uid disks with and without halos, static thin charged perfect uid disks and models of thin charged dust disks. New solutions in various coordinate systems that represent static thick disks with constant thickness are also studied. A particular form of the isotropic metric in cylindrical coordinates is employed to obtain relativistic versions of Newtonian potential-density pairs commonly used in Galactic Astronomy. A simplified, although exact, relativistic model of an active galactic nuclei is also presented. Finally, some Newtonian potential-density pairs obtained from the Newtonian multipolar expansion that generalize known pairs are studied. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Samuel Rocha de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T09:44:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_RaphaeldeOliveira_M.pdf: 2899892 bytes, checksum: 6befb1d82e7b4effd083097342934f7d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta dissertação trata de um problema de colapso gravitacional do campo escalar sem massa com simetria esférica, de acordo com as equações de Einstein com acoplamento mínimo. Desenvolvemos algoritmos simples mas com ajuste automático de refinamento para obter soluções numéricas. O refinamento é necessário para descrever os fenômenos do colapso. Utilizamos rotinas comuns para resolver equações diferenciais ordinárias advindas do método das linhas aplicado às equações diferenciais parciais do modelo matemático, a saber, rotinas de Runge-Kutta e de splines cúbicas. Mostramos que é possível obter soluções tão próximas quanto se queria à solução de Buracos Negros e da solução crítica com os algoritmos desenvolvidos e simples computadores de mesa. / Abstract: This dissertation is about a problem of gravitational collapse of the spherically symmetric massless scalar field in accord to the Einstein equations with minimal coupling. We developed simple but with adaptative mesh refinement algorithm to obtain numerical solutions. The mesh refinement is required to describe the collapse phenomena. We used common routines to solve ordinary differential equations that come from the method of lines applied to the partial differential equations of the mathematical model, namely, Runge-Kutta and cubic splines routines. We showed that it is possible to get solutions as close as we want to the Black Holes solution and to the critical solution using our developed algorithms and simple desktop computers / Mestrado / Fisica-Matematica / Mestre em Matemática Aplicada

Orientadores: Patricio Anibal Letellier Sotomayor e Kyoko Furuya / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T10:44:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarceloZimbres_M.pdf: 810192 bytes, checksum: 16b4f94ccf4183c0371eac2b660a72f3 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Para estudar de forma completa a precessão de um giroscópio em órbita, revisamos a dedução das equações de Papapetrou, em particular, para mostrar que em uma aproximação de partícula teste essas equações implicam o transporte de Fermi-Walker do spin. Para estudar as correções devidas a oblaticidade de um corpo central na precessão do spin, fizemos uma revisão da teoria dos multipolos relativísticos focados nas definições de Geroch-Hansen e de Thorne. Usamos todos esses conceitos para estimar as correções multipolares na precessão de Lense-Thirring, em especial, encontramos uma fórmula exata para a precessão em termos de dois escalares, as partes real e imaginária do potencial de Ernst. Em uma aproximação linear para o campo gravitacional, escrevemos nossa fórmula em termos dos multipolos de Thorne. Para estimar essas correções usamos alguns modelos conhecidos para a métrica do planeta Terra e comparamos nossos resultados com outros trabalhos / Abstract: To study the precession of an orbiting gyroscope we review the theory of the Papapetrou equations and show that they imply the Fermi-Walker transport law. We review also the theory of relativistic multipole moments, specifically the definitions of Geroch-Hansen and Thorne, to describe non-spherical bodies in general relativity. For stationary axially symmetric spacetimes we find a simple expression for the Lense-Thirring precession in terms of the Ernst potential. This expression is used to compute, in the weak field approximation, the major non-spherical contributions to the precession of a gyroscope orbiting the Earth. We use some known models for the earth metric to estimate the contributions and compare our results with some previously known ones / Mestrado / Física / Mestre em Física

O objetivo principal deste trabalho é estudar a interação dos buracos negros primordiais com as principais espécies físicas exóticas de matéria e energia que foram teorizadas para explicar as observações cosmológicas da última década. A interação com diferentes formas de energia escura a partir de campos escalares, como a energia phantom, e modelos de quartessência, como o gás de Chaplygin, associada a modelos já existentes de interação com espécies físicas mais bem conhecidas, fornece resultados importantes e sugere comportamentos inesperados na trajetória dos buracos negros primordiais desde a sua formação até os dias de hoje. Nossa análise abrange os aspectos dinâmicos e termodinâmicos da acreção e evaporação de buracos negros, explorando os limites de validade da teoria e estudando o comportamento sob as condições extremas que resultam desses novos modelos de matéria e energia. Finalmente, o estudo prossegue na direção de um modelo de evolução a partir diretamente das equações de campo, em um espaço-tempo totalmente dinâmico em que buscamos paralelos com as descrições provenientes das hipóteses simplificadoras sobre que nos baseamos durante os estágios anteriores. Os resultados permitem fazermos uma descrição unificada da evolução dos buracos negros, em que as relações entre todas as componentes são transparentes e suas contribuições individuais são facilmente identificadas. Associando-os à descrição termodinâmica, é possível traçar um quadro completo e abrangente do problema, capaz de acomodar novos modelos e prover uma compreensão profunda da interação dos buracos negros com o meio cosmológico. / We study the interaction between primordial black holes and the exotic dark matter and dark energy components which have been modeled to explain cosmological observations within the last decade. The interaction with different forms of scalar field dark energy, such as phantom energy, and quartessence models as the Chaplygin gas, together with the well-known interaction with the ordinary forms of matter and energy, provides important results and suggests unexpected behaviors on primordial black holes since their formation until the present time. Our analysis encompasses dynamical and thermodynamical aspects of black hole accretion and evaporation exploring the theory validity ranges and studying its behavior under the extreme conditions which arise from these new dark fluid models. Finally, our study progresses towards an evolution model based solely on the field equations, within a fully dynamical space-time in which we seek parallel descriptions with previous models, which use simplifying hypotheses. Our results provide a unified description of black hole evolution, in which the role of all components and their relation to each other are clear and easily identifiable. Along with the thermodynamical description, it is possible to make a comprehensive picture of the problem, capable of accommodating new models and furnish a deep understanding of black hole interaction with the cosmological environment.

Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Marcelo Moraes Guzzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T01:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Froes_AndreLuisDelvas_D.pdf: 13866800 bytes, checksum: 096d2e613867ddb45ba06cca87c00dec (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Na presente tese, após revisão do estado da arte da cosmologia observacional, dos modelos de blindagem cosmológica para campos escalares e de modelos vetoriais para energia escura, foi apresentada a pesquisa original do projeto. Ela consistiu na elaboração do primeiro modelo de blindagem cosmológico aplicável a campos vetoriais, por meio de uma modificação conforme na Relatividade Geral, dependente do módulo do campo. Nos meios onde a densidade é elevada, o campo vetorial oscila em torno de zero, enquanto em meios de baixa densidade ele possui um valor não nulo. Como resultado, o campo vetorial não afeta a evolução no Universo primordial nem gera uma quinta força ou modificações detectáveis na gravitação local. O mecanismo também pode ser utilizado para esconder violações de Lorentz em pequenas escalas. A evolução cosmológica do modelo é estudada em detalhes / Abstract: In this thesis, after a review on the state of the art on observational cosmology, screening mechanisms for scalar fields and vector field models for dark energy, the original research of this project is presented. It consisted in the creation of the first screening mechanism for vector fields, by means of a conformal modification of General Relativity, dependent on the norm of the field. In high density environments, the vector field oscillates around zero, while in low density environments it has a non-null value. As a result, the vector field doesn\'t affect the evolution in the early Universe, nor generates a fifth force or detectable modifications in local gravity. The mechanism can be used as well to hide Lorentz violations in small scales. The cosmological evolution is studied in detail / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-06-09T18:45:03Z No. of bitstreams: 1 Dissertação .pdf: 8597580 bytes, checksum: bb76dda18d3a914f374ff1ebfea47fe1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-09T18:45:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação .pdf: 8597580 bytes, checksum: bb76dda18d3a914f374ff1ebfea47fe1 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Estrelas de nêutrons se manifestam como diferentes tipos de classes de fontes astrofísicas, que estão associadas a distintas fenomenologias. Aqui focaremos nossas atenções aos magnetares (ou estrelas de nêutrons altamente magnetizadas) que estão associados aos Soft Gamma Repeaters e os Anomalous X-ray pulsars. O campo magnético na superfície desses objetos atingem valores maiores que 1015G. No âmbito de campos magnéticos tão intensos, efeitos relativísticos começam a serem determinantes para a definição da estrutura desses objetos e somos tentados a nos questionarmos de que forma esses campos magnéticos tão intensos modificam a estrutura e a evolução dessas estrelas. Neste trabalho realizaremos um estudo a respeitos de duas soluções das equações de Einstein-Maxwell (a solução de Bonnor que é uma solução analítica e a solução completa das equações de Einstein-Maxwell encontrada por métodos numéricos) e que descrevem o espaço-tempo exterior a um objeto compacto massivo e com campo magnético dipolar. Para isto revisaremos estas duas soluções e em seguida descreveremos as equações das geodésicas geradas por tais soluções. Nossos estudos mostram que, apesar da solução de Bonnor não satisfazer as equações de Maxwell, as órbitas geradas por esta solução são as mesmas descritas pela solução numérica. Também mostraremos que a inserção de campos magnéticos que assumem valores de até 1017G no centro da estrela não modificam tanto as órbitas das partículas massivas e dos fótons descritas ao redor dessa estrela, e assim a utilização da solução de Schwarzschild para a descrição das órbitas ao redor desse objeto é uma aproximação razoável. / Neutron stars manifest themselves as different classes of astrophysical sources that are associated to distinct phenomenology. Here we focus ours attention on magnetars (or strongly magnetized neutron stars) that are associated to Soft Gamma Repeaters and Anomalous Xray Pulsars. The magnetic field on surface these objects, reaches values greater than 1015. Under intense magnetic fields, relativistic effects begin to be decisive for the definition of the structure and evolution of these objects and are tempted to question ourselves how these strengths fields affect the structure of these stars. In this work we will conduct a study to respect the two solutions of Einstein-Maxwell’s equations (the Bonnor solution which is an analytical solution and a complete solution of the Einstein -Maxwell equations found by numerical methods) that have been found in the literature which describe the spacetime exterior a massive compact object wich possess a magnetic field that a character dipole. For this we revised this two solutions, and then describe the geodesic equations generated by such solutions. Our studies show that, despite the Bonnor solution does not satisfy Maxwell’s equations, the orbits generated by this solution are the same as described by numerical solution. Also show that the inclusion of magnetic fields that assumes values of up to 1017G in the center of the star does not modify the orbits of the massive particles and the photons which are described around this star, and so the use of Schwarzschild solution for the description of the orbits around this object is a reasonable approximation.

[pt] A teoria da gravidade quântica em laços (loop quantum gravity ou LQG) é atualmente uma das mais promissoras abordagens para descrever a relatividade geral em termos quânticos. Um dos problemas-chave é detectar na teoria quântica estados semiclássicos, que apresentem propriedades macroscópicas iguais às de configurações específicas da teoria clássica. Nesta dissertação, começamos apresentando o formalismo da LQG e sua interpretação física. Do ponto de vista matemático, a LQG pode ser pensada como uma quantização canônica de uma teoria de gauge de SU(2) em uma 3-variedade. No entanto, diferentemente da abordagem usual, que gera uma representação apenas por operadores auto-adjuntos, a abordagem polimérica da LQG gera uma representação mista que usa operadores auto-adjuntos e unitários. Tomamos então um modelo polimérico, análogo à LQG, do sistema físico mais simples: o movimento unidimensional de uma partícula pontual. Neste contexto, desenvolvemos um arcabouço que resolve o problema dos estados semiclássicos, que são estudados em detalhe. Finalmente, consideramos a quantização polimérica do campo eletromagnético livre, resultando numa teoria abeliana muito similar à LQG. Neste contexto, o mesmo arcabouço desenvolvido para o caso anterior pode ser aplicado. / [en] Loop quantum gravity (LQG) is currently one of the most promising approaches to describing general relativity in quantum terms. One of its key issues is to detect in the quantum theory semiclassical states whose macroscopic properties are the same as those of specific configurations of the classical theory. In this dissertation, we begin by presenting the LQG formalism and its physical interpretation. From a mathematical point of view, LQG can be thought of as a canonical quantization of a SU(2) gauge theory in a 3-manifold. However, whereas the usual approach generates a representation exclusively by self-adjoint operators, LQG's polymer approach generates a mixed representation using both self- adjoint and unitary operators. We then take a polymer model, analogous to LQG, of the simplest physical system: the one-dimensional movement of a point particle. In this context, we develop a framework that solves the problem of semiclassical states, which are studied in detail. Finally, we consider the polymer quantization of the free electromagnetic field, which results in an abelian theory which is very similar to LQG. In this context, it is possible to apply the same framework that was developed for the previous case.

Doctorat en philosophie et lettres / info:eu-repo/semantics/nonPublished