Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T14:48:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazPolanco_JoseLuisBernardo_D.pdf: 1702870 bytes, checksum: b78c0c03a9b2631b73aa3127ce3e7c0b (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Apresentamos duas soluções analíticas das equações de Einstein: A primeira para o caso estático no qual um fluido carregado está em torno de um corpo massivo com propriedades magnétic~ do tipo dipolar. Esta solução se reduz à solução de Gutsunaev-Manko [Ts.I. Gutsunaev , V .8. Manko Phys. Lett. 5, 215, 19851 se o fluido carregado desaparece. Encontramos que o balanço entre os campos acoplados é devido à existência de fluxos de energia (térmica e eletromagnética) auto-compensados. A pressão de radiação compensa os efeitos dinâmicos do fluido ao redor do corpo central. Estudamos os fluxos de energia no sistema e suas propriedades termodinâmicas. Encontramos o estado termodinâmico do sistema. Esta solução contém a solução de 8chwarzschild como caso particular . A segunda solução descreve um dipolo magnético massivo e irradiante. Esta solução é dependente do tempo e descrevemos cada uma das grandezas que participam na solução. Analisamos os fluxos de energia do sistema e notamos que a radiação do dipolo diminui com o tempo chegando num estágio final do tipo dipolo magnético massivo no vácuo. Torna-se interessante pensar na possibilidade de observação destes fluxos de energia na vizinhança de objetos estrelares compactos com propriedades magnéticas extremas / Abstract: We derive analytical solutions of the Einsteinfs equations for two different cases: The first one, a static case, in which a charged fluid is around a mass with extreme magnetic properties of the dipole type. This solution reduces to the Gutsunaev-Manko solution [Ts.I. Gutsunaev , V .S. Manko Phys. Lett. 5, 215, 19851 in the abscense of the charged fluid. We found that the gravitational equilibrium of the system is achieved when the energy fluxs ( thermal and electromagnetic) are balanced and the effective radiation pressure compensates the gravitational effects in the fluid. We study the flows of energy in the system and their thermodynamics properties, we found an analytical expression for the thermodynamic state of the coupled systems. This solution contains the Schwarzschild solution as a particular case. The second solution describes a massive magnetic dipole emiting radiation decreasing in time. In this case we also found the thermodynamic state of the system. As a conclusion, we believe that our theoretical model can be applied to compact stellar systems with extreme magnetic properties / Doutorado / Relatividade e Gravitação / Doutor em Ciências

Orientador: Ricardo Antonio Mosna / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-16T04:10:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_DaniloBorimdo_M.pdf: 2195612 bytes, checksum: 9db76fa3dc3fca1c9128da411fe240b5 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: No espaço euclidiano, deformações de corpos quase-rígidos podem gerar rotações globais líquidas que obedecem, em cada instante, a lei de conservação do momento angular (o problema do gato caindo é um exemplo). Em espaços curvos, um ciclo de deformações de um corpo pode gerar não só rotações, mas também translações globais. Este fenômeno é conhecido como efeito swimming, ou natação. Avron e Kenneth apresentaram recentemente um modelo físico para descrever este fenômeno [Avron JE, Kenneth O, New J. Phys. 8, 68 (2006)]. Os autores tratam de corpos compostos por um conjunto de massas puntiformes em variedades estáticas (no contexto não-relativístico) e calculam o deslocamento obtido por um ciclo de deformações infinitesimais. Tal deslocamento é então relacionado, no caso de corpos pequenos, à curvatura do espaço ambiente. Nesta dissertação, propomos uma nova formulação para o efeito swimming utilizando formalismo de fibrados e conexões. O espaço de configurações do sistema é descrito como o espaço total de um fibrado principal, cujo espaço base é dado pelo espaço dos formatos do sistema e o grupo estrutural é (essencialmente) dado pelas isometrias da variedade ambiente. Dotando o fibrado de uma conexão que carrega consigo a informação sobre as leis físicas de conservação, expressamos o ciclo de deformações como uma curva fechada no espaço base, o movimento do corpo como o levantamento horizontal desta curva e o deslocamento resultante como a holonomia da mesma. Por meio deste formalismo, sistematizamos o cálculo do deslocamento gerado por ciclos de deformações arbitrárias, além de obter, em cada instante e analiticamente, a evolução temporal do sistema em questão / Abstract: In Euclidean space, cyclic deformations of quasi-rigid bodies can lead to net global rotations even though they satisfy, at each moment, the angular momentum conservation law (the falling cat problem is an example). In curved spaces, cyclic changes in the body shape can also lead to rotations, but also to global translations. This phenomenon is known as the swimming effect. In a recent work, Avron and Kenneth developed a formalism to describe this phenomenon in the non-relativistic context [Avron JE, Kenneth O, New J. Phys. 8, 68 (2006)], which may be used to calculate the net displacement caused by an infinitesimal cycle of deformations of a given body. This displacement is then related, for small swimmers, to the curvature of the ambient space. In the present work, we propose a new formulation for the swimming effect in terms of principal bundles and connections. The configuration space of the system is described by the total space of a principal bundle, whose base space is given by the space of shapes of the body and whose structural group is (essentially) given by the isometries of the ambient manifold. A given deformation cycleof the body then corresponds to a loop in the base space. By defining a connection in this bundle which conveys the physical conservation laws of the system, the corresponding physical motion of the body is then given by the horizontal lift of this curve in the base space, while the net displacement of the body is given by the holonomy associated with this loop. As a result we obtain, in a systematical way, the displacement generated by arbitrary deformation cycles and we get, for each instant of time, the time evolution of the system analytically / Mestrado / Geometria e Topologia / Mestre em Matemática

The fuzzball model of a black hole is an attempt to resolve the many paradoxes and puzzles of black hole physics that have revealed themselves over the last century. These badly behaved solutions of general relativity have given physicists one of the few laboratories to test candidate quantum theories of gravity. Though little is known about exactly what lies beyond the event horizon, and what the ultimate fate of matter that falls in to a black hole is, we know a few intriguing and elegant semi-classical results that have kept physicists occupied. Among these are the known black hole entropy and the Hawking radiation process.

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T23:13:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manoel_JoaoPauloPitelli_M.pdf: 2107794 bytes, checksum: 5fe60d22c5d7bd4e165a24c4c9c6d375 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Espaços-tempos classicamente singulares são estudados utilizando-se partículas quânticas (ao invés de clássicas) obedecendo as equações de Klein-Gordon e Dirac, a fim de determinar se estes espaços permanecem singulares do ponto de vista quântico. Primeiramente é apresentada uma revisão do ferramental matemático necessário para o estudo de singularidades quânticas, cujo principal resultado utilizado é a teoria de índices deficientes devido a von Neumann. No apêndice A é apresentado um primeiro estudo sobre singularidades quânticas em espaços-tempos com defeitos topológicos numa superfície 2-dimensional (paredes cósmicas), em especial superfícies esféricas e cilíndricas. Estes espaços continuam singulares nesta teoria e todas as informações extras (que em mecânica quântica se apresentam sob a forma de condições de contorno) necessárias para se remover a singularidade são encontradas. No apêndice B, é estudado um espaço-tempo 2+1 dimensional com curvatura negativa constante. É mostrado que este espaço permanece singular quando visto pela mecânica quântica e as condições de contorno possíveis são encontradas utilizando-se resultados obtidos no caso plano / Abstract: Classical singular spacetimes are studied using quantum particles (instead of classical ones) obeying Klein-Gordon and Dirac equations, to determine if these spacetimes remain singular in the view of quantum mechanics. First we give a review of the mathematical framework necessary to study quantum singularities, wich the main result to be used later is von Neumann¿s theory of deficient indices. In appendix A, a first work on quantum singularities in spacetimes with topological defects on a 2-dimensional hypersurface (cosmic walls), specifically spherical and cylindrical surfaces, is presented. These spacetimes remain singular in this theory and all extra informations (which in quantum mechanics correspond to boundary conditions) necessary to remove the naked singularity are found. In Apendix B, a 2+1 dimensional spacetime with constant negative curvature is studied. It is shown that this spacetime remains quantum mechanically singular and all possible boundary conditions are found using results obtained in plane case / Mestrado / Relatividade Geral/Gravitação Quantica / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Alberto Vazquez Saa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:52:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_VanessaPachecode_M.pdf: 1200814 bytes, checksum: 8b3bfadc5901d2f7c992d013c3957d07 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Podemos utilizar o conhecido m'etodo "Deslocar, cortar e refletir¿ para construir soluc¿oes exatas das Equac¿oes de Einstein correspondentes 'a espacos-tempo com distribuic¿oes discoidais de materia. Esse metodo consiste na introduc¿ao de uma descontinuidade na primeira derivada do tensor metrico. O resultado é uma soluc¿ao com uma singularidade do tipo delta de Dirac na hipersuperficie z = 0. Nosso estudo se restringiu a discos finos estaticos utilizando as soluc¿oes de Schwarzschild e Gutsunaev-Manko, sendo esta a representac¿ao de um objeto massivo com configurac¿ao de campo magnetico com simetria dipolar. Incluiu-se tambem o estudo da estabilidade da orbita de particulas-teste no disco, generalizando os criterios de estabilidade de Rayleigh e uma segunda analise para testar a estabilidade do disco atraves de uma perturbac¿ao no tensor energia-momento. / Abstract: We can use the well-known "Displace, cut and reflect¿ method to construct exact solutions of Einstein Equations that correspond to space-times with disklike distribution of matter. This method consists on the introduction of a discontinuity in the first-order derivative of the metric tensor. The result is a solution with a singularity of the Dirac delta type in the hypersurface Z = 0. Our study was restricted to static thin disks using Schwarzschild and Gutsunaev-Manko solutions, being the last the representation of a massive object with magnetic field configuration with dipolar symmetry. We include also the stability study of test-particles orbits at the disk, generalizing the Rayleigh criteria of stability and a second analysis to test the stability of the disk through a perturbation in the energy-momentum tensor / Mestrado / Física / Mestra em Física

Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T13:28:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_RonaldoSavioliSume_D.pdf: 9121576 bytes, checksum: eab8bcedfd86d048afd51f4b65fe9501 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho analisamos aspectos dinâmicos de sistemas astrofísicos que possuem uma componente discoidal proeminente. Estudamos o movimento de partículas de teste (estrelas) que cruzam discos galácticos bidimensionais e axialmente simétricos, obtendo uma fórmula para o envelope das órbitas que depende somente da densidade superficial $\Sigma$ do disco. Essa fórmula nos dá uma terceira integral de movimento aproximada para o sistema. Também analisamos a estabilidade das órbitas circulares equatoriais nesses discos, chegando à condição de estabilidade vertical $\Sigma>0$. Esse formalismo é estendido para discos tridimensionais, assim como para a relatividade geral (em que obtivemos que a \textit{condição de energia forte} é suficiente para a estabilidade vertical das órbitas circulares em discos infinitesimais, no caso estático e axialmente simétrico). Trabalhamos também com a aproximação pós-newtoniana (1PN), obtendo o formalismo hamiltoniano para uma distribuição arbitrária de matéria, assim como as correções 1PN nas frequências epicíclicas radial e vertical para configurações estacionárias e axialmente simétricas e a terceira integral de movimento aproximada para discos infinitesimais (estacionários). Outro resultado obtido foi a dependência das frequências epicíclicas com a curvatura riemanniana do espaço-tempo para distribuições suaves de matéria-energia, no caso estático e axialmente simétrico em relatividade geral. A segunda parte desta tese corresponde aos resultados para discos de acreção. Analisamos o movimento de partículas de teste na métrica de Kehagias & Sfetsos (solução esfericamente simétrica da gravitação de Horava no caso em que o espaço-tempo é assintoticamente plano), na região de parâmetros em que a singularidade central é nua. Por fim, estudamos a espessura dos discos de acreção super-Eddington obtida por simulações globais recentes de radiation magnetohydrodynamics em relatividade geral. O resultado foi comparado com modelos de discos slim para taxas de acreção similares, levando à conclusão de que o estado final (estacionário) dos fluxos de acreção gerados por essas simulações é um disco slim, e não um disco espesso, como seria esperado pelas características das configurações iniciais do tipo Polish Doughnuts usualmente adotadas / Abstract: In this work, we analyze dynamical aspects of astrophysical systems containing a prominent discoidal component. We study the motion of test particles (stars) which cross bidimensional, axially symmetric galactic disks, obtaining a formula for the orbits' envelope which depends solely on the disk's surface density. This formula gives us an approximate third integral of motion for the system. We also analyze the stability of equatorial circular orbits in these disks, arriving at the vertical stability condition $\Sigma>0$. This formalism is extended to three-dimensional disks, as well as to general relativity (in which we obtained that the \textit{strong energy condition} is sufficient for vertical stability of circular orbits in infinitesimal disks, in the static and axially symmetric case). We also worked with the post-Newtonian approximation (1PN), obtaining the Hamiltonian formalism for an arbitrary matter distribution, as well as the 1PN corrections to the radial and vertical epicyclic frequencies for stationary and axially symmetric configurations, and the approximated third integral of motion for (stationary) infinitesimal disks. Another result obtained was the dependence of the epicyclic frequencies on the Riemannian spacetime curvature for smooth matter-energy distributions, in the static and axially symmetric case. The second part of this thesis corresponds to the results concerning accretion disks. We analyzed the motion of test particles in the Kehagias & Sfetsos metric (spherically symmetric solution to Horava's gravity in the case in which the spacetime is asymptotically flat), in the parameter region in which the singularity is naked. Finally, we studied the thickness of super-Eddington accretion disks, obtained via recent global radiation magnetohydrodynamics simulations in general relativity. The result was compared with slim-disk models for similar accretion rates, leading to the conclusion that the final (stationary) state of accretion flows generated by these simulations is a slim disk, and not a thick disk, as it would be expected by the characteristics of the usually adopted Polish Doughnuts initial configurations / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Despite the many successes of the current standard model of cosmology on the largest physical scales, it relies on two phenomenologically motivated constituents, cold dark matter and dark energy, which account for approximately 95% of the energy-matter content of the universe. From a more fundamental point of view, however, the introduction of a dark energy (DE) component is theoretically challenging and extremely fine-tuned, despite the many proposals for its dynamics. On the other hand, the concept of cold dark matter (CDM) also suffers from several issues such as the lack of direct experimental detection, the question of its cosmological abundance and problems related to the formation of structure on small scales. A perhaps more natural solution might be that the gravitational interaction genuinely differs from that of general relativity, which expresses itself as either one or even both of the above dark components. Here we consider different possibilities on how to constrain hypothetical modifications to the gravitational sector, focusing on the subset of tensor-vector-scalar (TeVeS) theory as an alternative to CDM on galactic scales and a particular class of chameleon models which aim at explaining the coincidences of DE. Developing an analytic model for nonspherical lenses, we begin our analysis with testing TeVeS against observations of multiple-image systems. We then approach the role of low-density objects such as cosmic filaments in this framework and discuss potentially observable signatures. Along these lines, we also consider the possibility of massive neutrinos in TeVeS theory and outline a general approach for constraining this hypothesis with the help of cluster lenses. This approach is then demonstrated using the cluster lens A2390 with its remarkable straight arc. Presenting a general framework to explore the nonlinear clustering of density perturbations in coupled scalar field models, we then consider a particular chameleon model and highlight the possibility of measurable effects on intermediate scales, i.e. those relevant for galaxy clusters. Finally, we discuss the prospects of applying similar methods in the context of TeVeS and present an ansatz which allows to cast the linear perturbation equations into a more convenient form.

Cette thèse se consacre premièrement à certains aspects de la définition de charges conservées en relativité générale pour les espaces asymptotiquement plats à l’infini spatial. À l’aide de la dualité gravitationnelle, présente au niveau linéarisé, on étudie également l’existence de charges topologiques, magnétiques, ainsi que leurs contributions aux superalgèbres dans les théories de supergravité N = 1 et N = 2 à quatre dimensions. La thèse est divisée en trois parties.<p>Dans la première partie, les espaces asymptotiquement plats à l’infini spatial sont décrits à l’aide d’une généralisation de la métrique de type Beig-Schmidt. La construction de charges à partir de l’étude des équations du mouvement et de la classification de tenseurs symétriques et de divergences nulles nous permet de démontrer l’unicité des charges de Poincaré pour l’ansatz non-généralisé en présence de conditions de parité. L’équivalence des charges de Ashtekar- Hansen et Mann-Marolf est ainsi revisitée. Dans le cas d’un ansatz généralisé, une régulation de la forme symplectique divergente, à l’aide de contre-termes rajoutés à l’action de Mann-Marolf, nous donne la possibilité de considérer un espace des phases sans conditions de parité, tout en gardant un principe variationnel bien défini. Le groupe asymptotique comprend alors, en plus des charges de Poincaré où les charges de Lorentz ne sont plus asymptotiquement linéaires, des charges non-triviales associées aux supertranslations et aux transformations logarithmiques.<p>Dans la deuxième partie, on étudie la dualité gravitationnelle et la définition de charges magnétiques en gravitation linéarisée. On revisite la dualité et on montre qu’une dualisation sur les indices de Lorentz facilite la compréhension de celle-ci. Les dix charges de Poincaré ainsi que leurs duales magnétiques sont alors exprimées en termes d’intégrales de surface. Nous illustrons ensuite nos résultats à travers l’étude des sources de certaines solutions électriques et de leur duales magnétiques. Les solutions électriques envisagées sont :les trous noirs de type Schwarzschild et de type Kerr ainsi que les ondes de chocs de type pp.<p>Dans la dernière partie, on établit la supersymétrie des espaces de type Taub-NUT lorentzien chargés électriquement et magnétiquement dans la supergravité N = 2. Motivé par l’existence d’une égalité BPS, on entreprend alors une recherche sur l’inclusion de la charge NUT dans l’algèbre de supersymétrie. Grâce à une complexification de la forme de Witten-Nester, cette contribution de la charge NUT à la superalgèbre est comprise comme une déformation topologique, symétrique, au crochet antisymétrique des super-charges. Ce résultat est alors appliqué à la superalgèbre N = 1 à travers l’étude des ondes de chocs de type pp.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis sa formulation au début du 20ème siècle, la théorie de la Relativité Générale a été vérifiée avec une précision sans cesse croissante. Cette théorie prédit, entre autre, l'existence d'ondes gravitationnelles qui restent à ce jour inobservées, et ce malgré de nombreuses tentatives de détections. Ces ondes sont caractérisées par leur absence de masse. Une des questions qui se pose alors est de savoir si cette absence de masse est une condition nécessaire pour que théorie et observations concordent. Pour répondre à cette question, il est indispensable d'étudier les différents aspects des théories décrivant des ondes gravitationnelles massives. Au-delà de cet intérêt purement théorique, l'étude de ces théories est, entre autre, motivée par de récentes observations cosmologiques. Celles-ci indiquent que l'accord entre la Relativité Générale et les observations n'est possible que si on suppose l'existence de matière et d'énergie noires.<p><p>Cette thèse est dédiée à une classe de théories décrivant des ondes gravitationnelles massives. Dans un premier temps, nous résumons les différents problèmes qui surgissent lorsqu'on tente de donner une masse aux ondes gravitationnelles. Ensuite, nous introduisons une classe de modèles et étudions certaines de leurs caractéristiques.<p><p>Le premier aspect étudié concerne l'existence d'une interaction de type instantanée. De telles interactions sont possibles étant donné que l'invariance de Lorentz est spontanément brisée dans les modèles considérés. Celles-ci sont dès lors discutées et un exemple concret est fourni.<p><p>La présence d'une interaction instantanée dans ces modèles a une conséquence directe sur les solutions "trous noirs" des équations du champ. En effet, on s'attend à ce que l'interaction instantanée puisse propager de l'information à l'extérieur d'un trou noir, ce qui entraînerait une modification de ces solutions par rapport à celles de la Relativité Générale. Cette supposition est confirmée par les solutions "trous noirs" obtenues dans cette thèse. Celles-ci peuvent soit imiter une certaine quantité de matière noire, soit conduire à un champ gravitationnel répulsif.<p><p>Finalement, les mécanismes de formation des grandes structures de l'Univers (galaxies, amas de galaxies, ) sont étudiés pour les théories considérées. Cette dernière discussion démontre que ces modèles reproduisent le comportement prévu par la Relativité Générale et sont, par conséquent, en accord avec les observations. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished