Nesta tese, desenvolvemos um modelo efetivo para a matéria nuclear, com vistas à escrição de propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares, por meio de uma formulação lagrangeana que busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorarmos as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. Uma versão preliminar deste modelo efetivo, que contempla a presença, no setor bariônico, somente dos campos dos núcleons, é inicialmente apresentada, juntamente com a abordagem dos temas da naturalidade, da anomalia Nolen-Schiffer e da quebra de simetria de isospin na matéria nuclear. Ainda, com base na conservação de simetria quiral, apresentamos a predição da existência de um estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, estado este representado pelo campo ç. E então, baseados no conceito de naturalidade, desenvolvemos o modelo efetivo para a matéria nuclear supra mencionado. A versão do modelo efetivo inicialmente desenvolvido contempla acoplamentos entres os campos dos núcleons e dos mésons a, w,_,_e ç. Então apresentamos as predições do modelo para a anomalia Nolen-Schiffer e discutimos os resultados obtidos. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam expressivo aprimoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer quando comparados os correspondentes resultados do modelo MRWY desenvolvido recentemente por outros autores. Em primeiro lugar porque nossos resultados apresentam percentuais de melhoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer que variam entre 80% e 320%. Em segundo lugar porque o ordenamento dos resultados obtidos em nosso trabalho está em conformidade com o ordenamento dos dados experimentais, diferentemente dos resultados apresentados no trabalho supra mencionado. Em especial, nossas predições para o ordenamento dos dados experimentais da anomalia Nolen-Schiffer (_ANS) contemplam o conhecido crescimento anômalo, ou seja, que _ANS não cresce necessariamente com o número de massa, pois _ANS é menor para os núcleos 39Ca-39 K em comparação aos núcleos 17F-17 O. Introduzimos também uma versão estendida do modelo anteriormente apresentado em que consideramos acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons a, w,_,ç,_,a*, Ø. Denominamos esta formulação como modelo ZM modificado, adotando a sigla ZMM para caracterizá-lo. Utilizando procedimentos padrões da teoria quântica de campos, obtivemos então para o modelo ZMM a equação de estado para a matéria nuclear em equilíbrio ß e em equilíbrio ß generalizado. Os resultados obtidos indicam que a presença do méson_ implica na diminuição da assimetria de isospin no setor dos núcleons da estrela de nêutrons, ou seja, na diminuição da diferença do número de nêutrons e prótons do sistema. A inclusão do méson ç leva a uma diminuição da assimetria de isospin ainda maior, ou seja, sua presença é equivalente à uma amplificação da amplitude do méson_. Os resultados obtidos para o modelo ZMM indicam que a inclusão do méson_ e do estado ressonante ç no formalismo modifica os valores da massa máxima e do raio das estrelas de nêutrons. Finalmente derivamos uma formulação relativística para descrever o chamado processo Urca direto em matéria bariônica degenerada.Nossos resultados indicam que estrelas de nêutrons com massas superiores a MEN ~ 0,9M_, - que representa a massa estelar crítica, ou seja, a massa da estrela de nêutrons cuja densidade bariônica central atingiu a densidade crítica- , seriam resfriadas eficientemente e estariam fora da possibilidade de detecção por radiação térmica em poucos anos. / In this thesis we developed an effective model for nuclear matter, with a view to the description of the properties of neutron stars and pulsars, using a lagrangean formulation which exhausts the phase space of the meson fields through a treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. A preliminary version of this effective model, which includes the presence, in the baryon sector, only of the nucleon fields is initially presented and then we make a study on the themes of naturalness, Nolen-Schiffer anomaly and the broken symmetry of the nuclear isospin. Still, based on the conservation of chiral symmetry, we present the predictions for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ç. And then, based on the concept of naturalness, we developed the effective model for nuclear matter we mentioned above. The version of the effective model originally developed presents couplings between the fields of the nucleons and the a, w,_,_and ç meson fields. Then we present the predictions of the model for the Nolen-Schiffer anomaly and discuss the results. The results of this study show significant improvements in the description of the Nolen-Schiffer anomaly when compared to the corresponding results of the MRWY model developed recently by other authors. Firstly, because our results show a relevant improvement in the description of the Nolen-Schiffer anomaly that vary between 80 and 320 percent. Secondly, because the achievements of our work are in good accordance with experimental data, unlike the results presented in the work mentioned above. In particular, our predictions for the Nolen-Schiffer anomaly (_NSA) include the known anomalous growth, namely that _NSA does not necessarily grows with the nuclear mass, because _NSA is lower for the nuclei 39Ca-39K compared to the 17F-17 O nuclei. We have also introduced an extended version of the model previously presented involving the fundamental baryon octect and the a, w,_,ç,_,a*, Ø meson fields. We call this formulation as ZM modified model, adopting the acronym ZMM to characterize it. Using standard procedures of the quantum field theory, then we use the ZMM model to describe the equation of state for nuclear matter in ß and generalized ß equilibrium. The results of our approaches indicate that the presence of the_ meson increases the isospin asymmetry in the nucleon sector of the neutron star, this way reducing the difference in the number of neutrons and protons in the system. The inclusion of the resonant state ç leads to an increase of the asymmetry of isospin even greater, that is, their presence is equivalent to an amplification of the magnitude of _ meson. The results for the ZMM model indicate that the inclusion of the _ and ç meson states in the formalism modifies the values of the mass and radius of the neutron stars. Finally, we derive a relativistic formulation to describe the so called direct Urca process in barionic degenerated matter. Our results indicate that the neutron stars with mass greater than MNE~ 0.9M_, which represents the stellar critical mass (the mass of the neutron star whose baryon central density reached the critical density) would be cooled efficiently and be outside the possibility of detection by heat radiation in a few years.

Nesta tese, desenvolvemos um modelo efetivo para a matéria nuclear, com vistas à escrição de propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares, por meio de uma formulação lagrangeana que busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorarmos as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. Uma versão preliminar deste modelo efetivo, que contempla a presença, no setor bariônico, somente dos campos dos núcleons, é inicialmente apresentada, juntamente com a abordagem dos temas da naturalidade, da anomalia Nolen-Schiffer e da quebra de simetria de isospin na matéria nuclear. Ainda, com base na conservação de simetria quiral, apresentamos a predição da existência de um estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, estado este representado pelo campo ç. E então, baseados no conceito de naturalidade, desenvolvemos o modelo efetivo para a matéria nuclear supra mencionado. A versão do modelo efetivo inicialmente desenvolvido contempla acoplamentos entres os campos dos núcleons e dos mésons a, w,_,_e ç. Então apresentamos as predições do modelo para a anomalia Nolen-Schiffer e discutimos os resultados obtidos. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam expressivo aprimoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer quando comparados os correspondentes resultados do modelo MRWY desenvolvido recentemente por outros autores. Em primeiro lugar porque nossos resultados apresentam percentuais de melhoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer que variam entre 80% e 320%. Em segundo lugar porque o ordenamento dos resultados obtidos em nosso trabalho está em conformidade com o ordenamento dos dados experimentais, diferentemente dos resultados apresentados no trabalho supra mencionado. Em especial, nossas predições para o ordenamento dos dados experimentais da anomalia Nolen-Schiffer (_ANS) contemplam o conhecido crescimento anômalo, ou seja, que _ANS não cresce necessariamente com o número de massa, pois _ANS é menor para os núcleos 39Ca-39 K em comparação aos núcleos 17F-17 O. Introduzimos também uma versão estendida do modelo anteriormente apresentado em que consideramos acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons a, w,_,ç,_,a*, Ø. Denominamos esta formulação como modelo ZM modificado, adotando a sigla ZMM para caracterizá-lo. Utilizando procedimentos padrões da teoria quântica de campos, obtivemos então para o modelo ZMM a equação de estado para a matéria nuclear em equilíbrio ß e em equilíbrio ß generalizado. Os resultados obtidos indicam que a presença do méson_ implica na diminuição da assimetria de isospin no setor dos núcleons da estrela de nêutrons, ou seja, na diminuição da diferença do número de nêutrons e prótons do sistema. A inclusão do méson ç leva a uma diminuição da assimetria de isospin ainda maior, ou seja, sua presença é equivalente à uma amplificação da amplitude do méson_. Os resultados obtidos para o modelo ZMM indicam que a inclusão do méson_ e do estado ressonante ç no formalismo modifica os valores da massa máxima e do raio das estrelas de nêutrons. Finalmente derivamos uma formulação relativística para descrever o chamado processo Urca direto em matéria bariônica degenerada.Nossos resultados indicam que estrelas de nêutrons com massas superiores a MEN ~ 0,9M_, - que representa a massa estelar crítica, ou seja, a massa da estrela de nêutrons cuja densidade bariônica central atingiu a densidade crítica- , seriam resfriadas eficientemente e estariam fora da possibilidade de detecção por radiação térmica em poucos anos. / In this thesis we developed an effective model for nuclear matter, with a view to the description of the properties of neutron stars and pulsars, using a lagrangean formulation which exhausts the phase space of the meson fields through a treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. A preliminary version of this effective model, which includes the presence, in the baryon sector, only of the nucleon fields is initially presented and then we make a study on the themes of naturalness, Nolen-Schiffer anomaly and the broken symmetry of the nuclear isospin. Still, based on the conservation of chiral symmetry, we present the predictions for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ç. And then, based on the concept of naturalness, we developed the effective model for nuclear matter we mentioned above. The version of the effective model originally developed presents couplings between the fields of the nucleons and the a, w,_,_and ç meson fields. Then we present the predictions of the model for the Nolen-Schiffer anomaly and discuss the results. The results of this study show significant improvements in the description of the Nolen-Schiffer anomaly when compared to the corresponding results of the MRWY model developed recently by other authors. Firstly, because our results show a relevant improvement in the description of the Nolen-Schiffer anomaly that vary between 80 and 320 percent. Secondly, because the achievements of our work are in good accordance with experimental data, unlike the results presented in the work mentioned above. In particular, our predictions for the Nolen-Schiffer anomaly (_NSA) include the known anomalous growth, namely that _NSA does not necessarily grows with the nuclear mass, because _NSA is lower for the nuclei 39Ca-39K compared to the 17F-17 O nuclei. We have also introduced an extended version of the model previously presented involving the fundamental baryon octect and the a, w,_,ç,_,a*, Ø meson fields. We call this formulation as ZM modified model, adopting the acronym ZMM to characterize it. Using standard procedures of the quantum field theory, then we use the ZMM model to describe the equation of state for nuclear matter in ß and generalized ß equilibrium. The results of our approaches indicate that the presence of the_ meson increases the isospin asymmetry in the nucleon sector of the neutron star, this way reducing the difference in the number of neutrons and protons in the system. The inclusion of the resonant state ç leads to an increase of the asymmetry of isospin even greater, that is, their presence is equivalent to an amplification of the magnitude of _ meson. The results for the ZMM model indicate that the inclusion of the _ and ç meson states in the formalism modifies the values of the mass and radius of the neutron stars. Finally, we derive a relativistic formulation to describe the so called direct Urca process in barionic degenerated matter. Our results indicate that the neutron stars with mass greater than MNE~ 0.9M_, which represents the stellar critical mass (the mass of the neutron star whose baryon central density reached the critical density) would be cooled efficiently and be outside the possibility of detection by heat radiation in a few years.

Nesta tese, desenvolvemos um modelo efetivo para a matéria nuclear, com vistas à escrição de propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares, por meio de uma formulação lagrangeana que busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorarmos as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. Uma versão preliminar deste modelo efetivo, que contempla a presença, no setor bariônico, somente dos campos dos núcleons, é inicialmente apresentada, juntamente com a abordagem dos temas da naturalidade, da anomalia Nolen-Schiffer e da quebra de simetria de isospin na matéria nuclear. Ainda, com base na conservação de simetria quiral, apresentamos a predição da existência de um estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, estado este representado pelo campo ç. E então, baseados no conceito de naturalidade, desenvolvemos o modelo efetivo para a matéria nuclear supra mencionado. A versão do modelo efetivo inicialmente desenvolvido contempla acoplamentos entres os campos dos núcleons e dos mésons a, w,_,_e ç. Então apresentamos as predições do modelo para a anomalia Nolen-Schiffer e discutimos os resultados obtidos. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam expressivo aprimoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer quando comparados os correspondentes resultados do modelo MRWY desenvolvido recentemente por outros autores. Em primeiro lugar porque nossos resultados apresentam percentuais de melhoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer que variam entre 80% e 320%. Em segundo lugar porque o ordenamento dos resultados obtidos em nosso trabalho está em conformidade com o ordenamento dos dados experimentais, diferentemente dos resultados apresentados no trabalho supra mencionado. Em especial, nossas predições para o ordenamento dos dados experimentais da anomalia Nolen-Schiffer (_ANS) contemplam o conhecido crescimento anômalo, ou seja, que _ANS não cresce necessariamente com o número de massa, pois _ANS é menor para os núcleos 39Ca-39 K em comparação aos núcleos 17F-17 O. Introduzimos também uma versão estendida do modelo anteriormente apresentado em que consideramos acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons a, w,_,ç,_,a*, Ø. Denominamos esta formulação como modelo ZM modificado, adotando a sigla ZMM para caracterizá-lo. Utilizando procedimentos padrões da teoria quântica de campos, obtivemos então para o modelo ZMM a equação de estado para a matéria nuclear em equilíbrio ß e em equilíbrio ß generalizado. Os resultados obtidos indicam que a presença do méson_ implica na diminuição da assimetria de isospin no setor dos núcleons da estrela de nêutrons, ou seja, na diminuição da diferença do número de nêutrons e prótons do sistema. A inclusão do méson ç leva a uma diminuição da assimetria de isospin ainda maior, ou seja, sua presença é equivalente à uma amplificação da amplitude do méson_. Os resultados obtidos para o modelo ZMM indicam que a inclusão do méson_ e do estado ressonante ç no formalismo modifica os valores da massa máxima e do raio das estrelas de nêutrons. Finalmente derivamos uma formulação relativística para descrever o chamado processo Urca direto em matéria bariônica degenerada.Nossos resultados indicam que estrelas de nêutrons com massas superiores a MEN ~ 0,9M_, - que representa a massa estelar crítica, ou seja, a massa da estrela de nêutrons cuja densidade bariônica central atingiu a densidade crítica- , seriam resfriadas eficientemente e estariam fora da possibilidade de detecção por radiação térmica em poucos anos. / In this thesis we developed an effective model for nuclear matter, with a view to the description of the properties of neutron stars and pulsars, using a lagrangean formulation which exhausts the phase space of the meson fields through a treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. A preliminary version of this effective model, which includes the presence, in the baryon sector, only of the nucleon fields is initially presented and then we make a study on the themes of naturalness, Nolen-Schiffer anomaly and the broken symmetry of the nuclear isospin. Still, based on the conservation of chiral symmetry, we present the predictions for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ç. And then, based on the concept of naturalness, we developed the effective model for nuclear matter we mentioned above. The version of the effective model originally developed presents couplings between the fields of the nucleons and the a, w,_,_and ç meson fields. Then we present the predictions of the model for the Nolen-Schiffer anomaly and discuss the results. The results of this study show significant improvements in the description of the Nolen-Schiffer anomaly when compared to the corresponding results of the MRWY model developed recently by other authors. Firstly, because our results show a relevant improvement in the description of the Nolen-Schiffer anomaly that vary between 80 and 320 percent. Secondly, because the achievements of our work are in good accordance with experimental data, unlike the results presented in the work mentioned above. In particular, our predictions for the Nolen-Schiffer anomaly (_NSA) include the known anomalous growth, namely that _NSA does not necessarily grows with the nuclear mass, because _NSA is lower for the nuclei 39Ca-39K compared to the 17F-17 O nuclei. We have also introduced an extended version of the model previously presented involving the fundamental baryon octect and the a, w,_,ç,_,a*, Ø meson fields. We call this formulation as ZM modified model, adopting the acronym ZMM to characterize it. Using standard procedures of the quantum field theory, then we use the ZMM model to describe the equation of state for nuclear matter in ß and generalized ß equilibrium. The results of our approaches indicate that the presence of the_ meson increases the isospin asymmetry in the nucleon sector of the neutron star, this way reducing the difference in the number of neutrons and protons in the system. The inclusion of the resonant state ç leads to an increase of the asymmetry of isospin even greater, that is, their presence is equivalent to an amplification of the magnitude of _ meson. The results for the ZMM model indicate that the inclusion of the _ and ç meson states in the formalism modifies the values of the mass and radius of the neutron stars. Finally, we derive a relativistic formulation to describe the so called direct Urca process in barionic degenerated matter. Our results indicate that the neutron stars with mass greater than MNE~ 0.9M_, which represents the stellar critical mass (the mass of the neutron star whose baryon central density reached the critical density) would be cooled efficiently and be outside the possibility of detection by heat radiation in a few years.

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-03-07T18:52:37Z No. of bitstreams: 1 biancatese.pdf: 7104964 bytes, checksum: 6915ff8e1b70cabbbe5e13ee0161594a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T18:52:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 biancatese.pdf: 7104964 bytes, checksum: 6915ff8e1b70cabbbe5e13ee0161594a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Usando modelos hadrônicos FR-RMF (Finite-Range - Relativistic Mean-Field Models) estudamos várias propriedades de parâmetros de bulk para a matéria nuclear. Nosso interesse principal nesta investigação foi analisar as possíveis correlações entre tais parâmetros. Na busca de um melhor entendimento, optamos por fazer aproximações em tais modelos que nos permitissem obter de forma analítica os parâmetros de bulk analisados. Isto foi feito através de duas aproximações. Primeiro, o limite não relativístico (NR) dos modelos RMF. Segundo, a aproximação na qual a densidade escalar é aproximada como sendo igual à densidade vetorial, ρ = ρs . Ambas nos permitiram obter expressões analíticas para os parâmetros de bulk e investigar correlações entre estes. Mostramos a existência de correlação entre a energia de simetria (J) e sua inclinação (L), assim como entre a curvatura da energia de simetria ( Ksym ) e L . Como aplicação de tais correlações, construímos vínculos para L e Ksym que são dois parâmetros com grande incerteza na literatura. Identificamos pontos de cruzamentos nas curvas K(ρ) × ρ e L × ρ. Propomos uma relação entre tais pontos de cruzamento e as correlações entre os parâmetros de bulk da matéria nuclear. / By using Finite-Range Relativistic Mean-Field Models (FR-RMF) we study nuclear matter bulk parameter properties. Correlations among such parameters were analysed in an analytical perspective. In order to do that, we have performed two kinds of approximations. First, we approximate the scalar density to be equal to the vector density. Second, we perform a nonrelativistic (NR) limit of FR-RMF. With both approximations we have obtained analytical expressions for several bulk parameters. With this, we present for the first time analytical correlations between the nuclear matter symmetry energy ( J ) versus its slope ( L ) as well as between the symmetry energy curvature ( Ksym ) and L . As an application for such correlations we propose constraints for L and Ksym , nowadays parameters with large uncertanties in the literature. We have also identified cross-points in the curves K(ρ) × ρ and L × ρ. We conjecture the existence of a relation between such cross-points and the nuclear matter bulk parameter correlations.

Neste trabalho apresentamos dois conjuntos de transformações do campo médio de emparelhamento e o cálculo deste no canal n--p isovetorial. Correlações de curto alcance são descritas numa teoria de campo médio nuclear relativístico na aproximação de Dirac-Hartree-Fock-Bogoliubov (DHFB). Esta aproximação foi desenvolvida inicialmente para descrever o dito emparelhamento padrão em matéria nuclear simétrica. A generalização da aproximação DHFB inclui o emparelhamento no canal quasideuteron em matéria assimétrica. Construímos transformações do campo de emparelhamento usando como geradores destas as matrizes $gamma$ e $ au$ e suas possíveis combinações. Existem dois conjuntos distintos que transformam de forma diferente o campo de emparelhamento. Como resultado destas transformações, obteve-se que ambos os campos de emparelhamento n--n e p--p podem ser tomados como funções reais de momento $vec{k}$. Já o cálculo do emparelhamento isovetorial n--p, baseia-se na decomposição deste campo em função dos propagadores de Gorkov. Como resultado principal, obteve-se que a inclusão de um novo vínculo $mu_{1}$ ao modelo permite soluções n--n, p--p e n--p para matéria nuclear simétrica. Fora da simetria, encontramos somente soluções n--n e p--p. Porém, nenhuma solução n--p isovetorial foi encontrada.

Nesta tese descrevemos as propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares cuja matéria nuclear apresenta processo de transição de fase da matéria hadrônica pura para a matéria hadrônica com um condensado de anti-káons em estado de onda-s. A matéria nuclear da estrela de nêutrons é considerada em equilíbrio β e apresenta energia térmica desprezível comparada aos autovalores de energia dos núcleons (ET = kT << E nuclear), portanto, no tratamento formal a contribuição da temperatura será aproximada como zero. Para tal descrição utilizamos um modelo efetivo desenvolvido por Razeira e Vasconcellos, que chamamos Modelo RV, no qual são considerados acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons σ, w, q, ς, δ, σ* e Ø, e cuja formulação lagrangiana busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorar as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. O Modelo RV incorpora a predição da existência de um novo estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, proposto por Vasconcellos e colaboradores, deduzido com base na conservação de simetria quiral, estado este representado pelo campo ς. No presente trabalho, para incorporarmos na formulação lagrangiana os termos de interação dos anti-káons com os núcleons, utilizamos uma versão do Modelo RV que leva em conta somente os campos dos núcleons, dos elétrons, dos múons, dos anti-káons, além dos mésons σ, w, q, ς, δ, σ*, compondo matéria nuclear em equilíbrio β e temperatura nula, afim de estudarmos apenas os efeitos da transição de fase para o condensado de anti-káons e os efeitos da subsequente presença dos anti-káons na equação de estado. A imposição da ausência do octeto bariônico está baseada em resultados da literatura, com reforço do próprio Modelo RV, que mostram que a presença dos híperons desloca o limiar de surgimento do condensado de anti-káons para valores de densidade muito acima da densidade central esperada de uma estrela de nêutrons realista. Entre as predições do Modelo RV para o cenário supra citado estão o limiar de densidade bariônica para o aparecimento do condensado de anti-káons K- e ¹K0, a largura da fase mista na transição de fase hádron-condensado de anti-káons, o comportamento da equação de estado da matéria nuclear. Estes resultados mostram que o Modelo RV desloca o limiar do nascimento dos anti-káons para valores maiores de densidade do que os usualmente obtidos na literatura, mas também evidenciam a sensível dependência dos anti-káons para a profundidade do potencial ótico dos káons UK e para a intensidade do acoplamento do méson escalar-isovetorial delta com os káons. Realizamos um estudo de intensidades para a constante de acoplamento delta-káon, g&K, extrapolando alguns valores além do usual, e com eles buscamos calcular as propriedades globais de uma estrela de nêutrons como massa máxima, raio, redshift gravitacional. Encontramos que para os valores de intensidade de acoplamento escolhidos por nós, os valores dos parâmetros acima referidos da estrela de nêutrons apresentam pouca ou nenhuma diferença entre si, nos possibilitando optar por um valor original para g&K. A equação de estado da matéria nuclear evidencia efeitos antagônicos de suavização e enrijecimento conduzidos pelos anti-káons e pelos mésons escalares-isovetoriais δ e ς, respectivamente. Em um capítulo a parte utilizamos o Modelo RV para calcular o resfriamento da estrela de nêutrons via emissividade de neutrinos produzidos pelo processo URCA relativístico, enfatizando a influência da fração de assimetria entre prótons e nêutrons neste processo; e enfatizando de forma equivalente o comportamento da emissividade de neutrinos dentro da fase mista entre a matéria hadrônica ordinária e a matéria com condensado de anti-káons. Em suma, as seguintes propostas e resultados apresentados nesta tese contém elementos de originalidade: Desenvolvimento de um formalismo para a introdução dos anti-káons K¡ e K 0 na matéria nuclear de uma estrela de nêutrons baseado numa extensão da formulação da teoria quântica de campos com acoplamento derivativo, chamada de Modelo RV. Nesta formulação os espaços de fase bariônico e mesônico contemplam respectivamente os campos N, P, σ, w, q, e os mésons escalares-isovetoriais ς e o novo estado ressonante no setor dos campos dos mésons leves ς. Estudo da intensidade da constante de acoplamento entre o méson ς e os kaons g±K. Análise através dos resultados do Modelo RV do papel do condensado de antikáons K¡ e ¹K 0 na emissividade de neutrinos na estrela de nêutrons via Processo URCA Direto (relativístico), com destaque para os efeitos neste sentido da transição de fase entre a matéria hadrônica ordinária e a matéria do condensado de anti-káons. Introdução de novas equações de estado correspondentes ao Modelo RV e a um modelo com acoplamento ajustável (versão preliminar apresentado no final deste capítulo). Os resultados obtidos neste trabalho apresentam uma expressiva modificação na descrição do condensado de antikáons, em especial quanto ao seu limiar de aparecimento e à largura da fase mista da transição de fase, quando estes valores são comparados aos resultados correspondentes obtidos por outros autores. / In this thesis we describe the properties of neutron stars and pulsates whose nuclear matter presents transition of phase of the pure hadronic matter to a hadronic matter with the antikaons condensate in wave - s state. The nuclear matter of neutron star is in β equilibrium and presents thermal energy despicable compared to the eigenvalues of energy of the nucleons (εT = kT<< εnuclear). So, in formal treatment to contribution of the temperature will be brought near like zero. We use an effective model developed by Razeira and Vasconcellos, whom we call RV model, in which are considered couplings of non-linear nature with the basic barionic octet and the meson fields σ, w, q, ς, δ, σ* and δ, and whose lagrangean formulation looks to exhaust the space of phase of the meson fields through a perturbative treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. The Model RV incorporates the predictions, based on the conservation of chiral symmetry, for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ς. In the present work, to incorporate in the lagrangean formulation the terms of antikaons interaction with them nucleons, we use a version of the RV model what takes into account only the fields of nucleons, electrons, muons, antikaons, besides the meson fields σ, w, q, ς, δ and ς, composing a nuclear matter in β equilibrium and null temperature, to study the pure effects of the transition of phase for the condensed of antikaons and the pure effects of the presence of the antikaons in the equation of state. The imposition of the absence of the barionic octet is based on results of the literature, with reinforcement of RV model himself, whom they show that the presence of the hiperons it moves the threshold of antikaons condensed for values of density very much above the central expected density of a realistic neutron star. Between the RV model predictions for the scenery above quoted are the threshold of barionic density for the appearance of antikaons K- and K0 condensed, the width of the mixed phase in the hadron - condensed of antikaons phase transition, the behaviour of the equation of state of nuclear matter. Our results show that the RV model moves the threshold of antikaons for density values bigger of what them usually found in the literature; the results also show the sensitive dependence of the antikaons for the depth of kaons optical potential UK and for the intensity of coupling of the scalar-isovectorial meson delta with the kaons. We carry out a magnitude sutdy for the coupling constant of the delta-kaon coupling, g&K, overstepping some values besides the usual one, and with them we calculate the global properties of a neutron star as maximum mass, radius, gravitational redshift. We find that for the intensity of g&K values chosen by us the values of the global properties of neutron star above-mentioned presents little or no difference between them, making possible to us opting for an original value for g&K. To equation of state of the nuclear matter shows antagonic effects of smoothling and stiffnnes driven for antikaons and for the scalar-isovectorial mesons δ and ς, respectively. In the final chapter we use the RV model to calculate the cooling of a neutron star by neutrino emissivity produced by the Relativistic URCA process, emphasizing the influence of the fraction of asymmetry between protons and neutrons in this process; and emphasizing too the behaviour of neutrino emissivity inside the mixed phase between the ordinary hadronic matter and the antikaons condensed hadronic matter. In summary, the following proposals and results presented in this thesis contains Development of a formalism for the introduction of antikaons K¡ and ¹K 0 in the nuclear matter of a neutron star based on an extension of the formulation of the quantum theory of fields with derivative coupling called RV model. In this formulation the baryons and mesons phase space contemplate respectively the fields N, P, σ, w, q, and the scalar-isovectorial meson δ besides the new resonant state in sector of the fields of the light mesons ς. Study of the intensity of the coupling constant between the δ meson and the kaons, g&K. Analysis, through the RV model, of the role of antikaons condensed K- and K 0 in the neutrino emissivity in the neutron star by Direct URCA Process (relativistic), with distinction for the effects in the transition of phase between the ordinary hadronic matter and the matter with antikaons condensed. The introduction of new equations of state for the RV model and also for a model with adjustable couplings (a preliminary version may be found in the conclusions of the thesis). The results obtained in this work present one expressive modification in the description of antikaons condensed when these values are compared with the results for other authors, in special the threshold of antikaons appearance and the width of the mixed phase of the transition of phase.

Neste trabalho desenvolvemos um modelo efetivo para a descrição da matéria nuclear, que incorpora os resultados obtidos, para a descrição de um núcleon, pelo modelo de sacola difusa. O sistema nuclear será descrito via uma função de energia interna, que compreende um termo livre e outro que leva em conta a interação entre os núcleons. A parte livre, por se tratar de um sistema de férmions, corresponderá à energia de um gásde Fermi livre. Além disso, para evitar a superposição de dois ou mais núcleons, introduzimos um volume de exclusão a la Van der Waals. Na parte integrante, a troca de píons entre os núcleons será levada em conta via um potêncial efetivo. A função energia interna dependerá da densidade da matéria nuclear e também de um parâmetro que determinará o volume esperado de cada núcleon na matéria nuclear. O valor deste parâmetro será um pouco diferente do valor encontrado para um núcleons isolado, devido à interação entre eles. Obtém-se então resultados para a energia de ligação por núcleon para a matéria nuclear simétrica e para a matéria de nêutrons, bem como para a equação de estado da matéria de nêutrons.

Neste trabalho, são discutidos modelos da hadrodinâmica quântica com aproximação de campo médio aplicados a estrelas de nêutrons. O modelo de Walecka define o ponto de partida para desenvolver o modelo de acoplamento derivativo ajustável. A presente dissertação visa a um estudo detalhado sobre a influência dos parâmetros do modelo ajustável no sistema, analisando seus limites, inclusive quando os parâmetros são iguais a zero ou infinito (modelo exponencial). Esta análise tem o propósito de estabelecer um conjunto de parâmetros que defina um modelo que esteja de acordo com as propriedades fenomenológicas tais como módulo de compressão da matéria nuclear, massa efetiva na saturação da matéria nuclear e também algumas propriedades estáticas globais das estrelas de nêutrons como, por exemplo, massa e raio. Estabelecido o modelo a ser considerado, a autora dessa dissertação introduz, como inovação, a compressibilidade hadrônica como função da densidade. Tradicionalmente, determinam-se propriedades da matéria apenas para a densidade de saturação.

Este trabalho tem como objetivo o estudo da matéria nuclear a altas densidades considerando-se as fases hadrônica e de quarks à temperatura nula e finita, com vistas a aplicações no estudo de propriedades estáticas globais de estrelas compactas. Parte dos cálculos apresentados nesta dissertação foram realizados por diferentes autores. Entretanto, em geral, estes trabalhos limitaram-se ao estudo da matéria nuclear em regiões de densidades e temperaturas específicas. Este estudo visa, por sua vez, o desenvolvimento de um tratamento amplo e consistente para estes sistemas, considerando-se diferentes regimes de densidade e temperatura para ambas as fases, hadrônica e de quarks. Buscamos com isso adquirir conhecimento suficiente que possibilite, não somente a ampliação do escopo dos modelos considerados, como também o desenvolvimento, no futuro, de um modelo mais apropriado à descrição de propriedades estáticas e dinâmicas de estrelas compactas. Ainda assim, este trabalho apresenta novos aspectos e resultados inéditos referentes ao estudo da matéria nuclear, como descrevemos a seguir. No estudo da matéria nuclear na fase hadrônica, consideramos os modelos da teoria quântica de campos nucleares desenvolvidos por J. D. Walecka, J. Zimanyi e S. A. Moszkowski, e por J. Boguta e A. R. Bodmer, e conhecidos, respectivamente, como Hadrodinâmica Quântica, ZM e Não-Linear. Nestes modelos a matéria nuclear é descrita a partir de uma formulação lagrangeana com os campos efetivos dos bárions acoplados aos campos dos mésons, responsáveis pela interação nuclear Neste estudo consideramos inicialmente a descrição de propriedades estáticas globais de sistemas nucleares de muitos corpos à temperatura nula, como por exemplo, a massa efetiva do núcleon na matéria nuclear simétrica e de nêutrons. A equação de estado da matéria de nêutrons possibilita a descrição de propriedades estáticas globais de estrelas compactas, como sua massa e raio, através da sua incorporação nas equações de Tolman, Oppenheimer e Volkoff (TOV). Os resultados obtidos nestes cálculos estão em plena concordância com os resultados apresentados por outros autores. Consideramos posteriormente o estudo da matéria nuclear com graus de liberdade de bárions e mésons à temperatura finita, com particular atenção na região de transição de fase. Para este estudo, incorporamos aos modelos considerados, o formalismo da mecânica estatística à temperatura finita. Os resultados obtidos, para as propriedades da matéria nuclear à temperatura finita, concordam também com os resultados obtidos por outros autores. Um aspecto inédito apresentado neste trabalho refere-se à incorporação de valores para os pontos críticos da transição de fase, ainda não determinados por outros autores. O comportamento do calor específico também é analisado de forma inédita nesta dissertação no tratamento utilizado com os modelos Não-Linear e ZM. Utilizamos a equação de estado da matéria de nêutrons à temperatura finita nas equações TOV, determinando propriedades globais de uma estrela protoneutrônica Observamos neste trabalho que ocorre um aumento da massa máxima da estrela com o aumento da temperatura, comportamento este já previsto por outros autores em diferentes modelos. Posteriormente incorporamos ao formalismo à temperatura finita, o equilíbrio químico, a presença de graus de liberdade leptônicos para elétrons e múons e a neutralidade de carga. Apresentamos nesta etapa do trabalho, uma forma alternativa para a incorporação destes ingredientes, baseada na determinação de uma fração relativa entre os potenciais químicos de prótons e nêutrons, à temperatura nula, extendendo este resultado à temperatura finita. Este procedimento permite a determinação da distribuição de núcleons e léptons no interior de uma estrela protoneutrônica, onde incluímos ainda a presença de neutrinos confinados. No estudo da matéria de quarks, consideramos o modelo de sacola do Massachussets Institute of Technology (MIT). Incorporando as equações TOV neste estudo, determinamos propriedades globais de estrelas de quarks, bem como a distribuição dos diferentes sabores de quarks no interior estelar. Como principal resultado, obtivemos uma equação de estado geral para a matéria hadrônica e de quarks, introduzida nas equações TOV, e analisamos a existência de estrelas híbridas. Os resultados obtidos nesta etapa do trabalho são totalmente coerentes com aqueles obtidos por outros autores.

Nesta tese descrevemos as propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares cuja matéria nuclear apresenta processo de transição de fase da matéria hadrônica pura para a matéria hadrônica com um condensado de anti-káons em estado de onda-s. A matéria nuclear da estrela de nêutrons é considerada em equilíbrio β e apresenta energia térmica desprezível comparada aos autovalores de energia dos núcleons (ET = kT << E nuclear), portanto, no tratamento formal a contribuição da temperatura será aproximada como zero. Para tal descrição utilizamos um modelo efetivo desenvolvido por Razeira e Vasconcellos, que chamamos Modelo RV, no qual são considerados acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons σ, w, q, ς, δ, σ* e Ø, e cuja formulação lagrangiana busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorar as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. O Modelo RV incorpora a predição da existência de um novo estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, proposto por Vasconcellos e colaboradores, deduzido com base na conservação de simetria quiral, estado este representado pelo campo ς. No presente trabalho, para incorporarmos na formulação lagrangiana os termos de interação dos anti-káons com os núcleons, utilizamos uma versão do Modelo RV que leva em conta somente os campos dos núcleons, dos elétrons, dos múons, dos anti-káons, além dos mésons σ, w, q, ς, δ, σ*, compondo matéria nuclear em equilíbrio β e temperatura nula, afim de estudarmos apenas os efeitos da transição de fase para o condensado de anti-káons e os efeitos da subsequente presença dos anti-káons na equação de estado. A imposição da ausência do octeto bariônico está baseada em resultados da literatura, com reforço do próprio Modelo RV, que mostram que a presença dos híperons desloca o limiar de surgimento do condensado de anti-káons para valores de densidade muito acima da densidade central esperada de uma estrela de nêutrons realista. Entre as predições do Modelo RV para o cenário supra citado estão o limiar de densidade bariônica para o aparecimento do condensado de anti-káons K- e ¹K0, a largura da fase mista na transição de fase hádron-condensado de anti-káons, o comportamento da equação de estado da matéria nuclear. Estes resultados mostram que o Modelo RV desloca o limiar do nascimento dos anti-káons para valores maiores de densidade do que os usualmente obtidos na literatura, mas também evidenciam a sensível dependência dos anti-káons para a profundidade do potencial ótico dos káons UK e para a intensidade do acoplamento do méson escalar-isovetorial delta com os káons. Realizamos um estudo de intensidades para a constante de acoplamento delta-káon, g&K, extrapolando alguns valores além do usual, e com eles buscamos calcular as propriedades globais de uma estrela de nêutrons como massa máxima, raio, redshift gravitacional. Encontramos que para os valores de intensidade de acoplamento escolhidos por nós, os valores dos parâmetros acima referidos da estrela de nêutrons apresentam pouca ou nenhuma diferença entre si, nos possibilitando optar por um valor original para g&K. A equação de estado da matéria nuclear evidencia efeitos antagônicos de suavização e enrijecimento conduzidos pelos anti-káons e pelos mésons escalares-isovetoriais δ e ς, respectivamente. Em um capítulo a parte utilizamos o Modelo RV para calcular o resfriamento da estrela de nêutrons via emissividade de neutrinos produzidos pelo processo URCA relativístico, enfatizando a influência da fração de assimetria entre prótons e nêutrons neste processo; e enfatizando de forma equivalente o comportamento da emissividade de neutrinos dentro da fase mista entre a matéria hadrônica ordinária e a matéria com condensado de anti-káons. Em suma, as seguintes propostas e resultados apresentados nesta tese contém elementos de originalidade: Desenvolvimento de um formalismo para a introdução dos anti-káons K¡ e K 0 na matéria nuclear de uma estrela de nêutrons baseado numa extensão da formulação da teoria quântica de campos com acoplamento derivativo, chamada de Modelo RV. Nesta formulação os espaços de fase bariônico e mesônico contemplam respectivamente os campos N, P, σ, w, q, e os mésons escalares-isovetoriais ς e o novo estado ressonante no setor dos campos dos mésons leves ς. Estudo da intensidade da constante de acoplamento entre o méson ς e os kaons g±K. Análise através dos resultados do Modelo RV do papel do condensado de antikáons K¡ e ¹K 0 na emissividade de neutrinos na estrela de nêutrons via Processo URCA Direto (relativístico), com destaque para os efeitos neste sentido da transição de fase entre a matéria hadrônica ordinária e a matéria do condensado de anti-káons. Introdução de novas equações de estado correspondentes ao Modelo RV e a um modelo com acoplamento ajustável (versão preliminar apresentado no final deste capítulo). Os resultados obtidos neste trabalho apresentam uma expressiva modificação na descrição do condensado de antikáons, em especial quanto ao seu limiar de aparecimento e à largura da fase mista da transição de fase, quando estes valores são comparados aos resultados correspondentes obtidos por outros autores. / In this thesis we describe the properties of neutron stars and pulsates whose nuclear matter presents transition of phase of the pure hadronic matter to a hadronic matter with the antikaons condensate in wave - s state. The nuclear matter of neutron star is in β equilibrium and presents thermal energy despicable compared to the eigenvalues of energy of the nucleons (εT = kT<< εnuclear). So, in formal treatment to contribution of the temperature will be brought near like zero. We use an effective model developed by Razeira and Vasconcellos, whom we call RV model, in which are considered couplings of non-linear nature with the basic barionic octet and the meson fields σ, w, q, ς, δ, σ* and δ, and whose lagrangean formulation looks to exhaust the space of phase of the meson fields through a perturbative treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. The Model RV incorporates the predictions, based on the conservation of chiral symmetry, for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ς. In the present work, to incorporate in the lagrangean formulation the terms of antikaons interaction with them nucleons, we use a version of the RV model what takes into account only the fields of nucleons, electrons, muons, antikaons, besides the meson fields σ, w, q, ς, δ and ς, composing a nuclear matter in β equilibrium and null temperature, to study the pure effects of the transition of phase for the condensed of antikaons and the pure effects of the presence of the antikaons in the equation of state. The imposition of the absence of the barionic octet is based on results of the literature, with reinforcement of RV model himself, whom they show that the presence of the hiperons it moves the threshold of antikaons condensed for values of density very much above the central expected density of a realistic neutron star. Between the RV model predictions for the scenery above quoted are the threshold of barionic density for the appearance of antikaons K- and K0 condensed, the width of the mixed phase in the hadron - condensed of antikaons phase transition, the behaviour of the equation of state of nuclear matter. Our results show that the RV model moves the threshold of antikaons for density values bigger of what them usually found in the literature; the results also show the sensitive dependence of the antikaons for the depth of kaons optical potential UK and for the intensity of coupling of the scalar-isovectorial meson delta with the kaons. We carry out a magnitude sutdy for the coupling constant of the delta-kaon coupling, g&K, overstepping some values besides the usual one, and with them we calculate the global properties of a neutron star as maximum mass, radius, gravitational redshift. We find that for the intensity of g&K values chosen by us the values of the global properties of neutron star above-mentioned presents little or no difference between them, making possible to us opting for an original value for g&K. To equation of state of the nuclear matter shows antagonic effects of smoothling and stiffnnes driven for antikaons and for the scalar-isovectorial mesons δ and ς, respectively. In the final chapter we use the RV model to calculate the cooling of a neutron star by neutrino emissivity produced by the Relativistic URCA process, emphasizing the influence of the fraction of asymmetry between protons and neutrons in this process; and emphasizing too the behaviour of neutrino emissivity inside the mixed phase between the ordinary hadronic matter and the antikaons condensed hadronic matter. In summary, the following proposals and results presented in this thesis contains Development of a formalism for the introduction of antikaons K¡ and ¹K 0 in the nuclear matter of a neutron star based on an extension of the formulation of the quantum theory of fields with derivative coupling called RV model. In this formulation the baryons and mesons phase space contemplate respectively the fields N, P, σ, w, q, and the scalar-isovectorial meson δ besides the new resonant state in sector of the fields of the light mesons ς. Study of the intensity of the coupling constant between the δ meson and the kaons, g&K. Analysis, through the RV model, of the role of antikaons condensed K- and K 0 in the neutrino emissivity in the neutron star by Direct URCA Process (relativistic), with distinction for the effects in the transition of phase between the ordinary hadronic matter and the matter with antikaons condensed. The introduction of new equations of state for the RV model and also for a model with adjustable couplings (a preliminary version may be found in the conclusions of the thesis). The results obtained in this work present one expressive modification in the description of antikaons condensed when these values are compared with the results for other authors, in special the threshold of antikaons appearance and the width of the mixed phase of the transition of phase.