This thesis summarizes a study of higher-dimensional distorted objects such as a distorted 5-dimensional Schwarzschild-Tangherlini black hole. It considers a particular type of distortion corresponding to an external, static distribution of matter and fields around this object. The corresponding spacetime can be presented in the generalized Weyl form which has an RxU(1)xU(1) group of isometries. This is a natural generalization of the 4-dimensional Weyl form which was presented in the paper by Emparan and Reall [1]. In the frame of this generalized Weyl form one can derive an exact analytic solution to the Einstein equations which describes the non-linear interaction of the black hole with external matter and gravitational fields. This research focuses on the effects of such interaction on the event horizon and the interior of the black hole. A similar study was presented in the papers [2] for 4-dimensional neutral black holes, where special duality relations between a neutral black hole horizon and singularity were derived. In relation to this work it is interesting to study which properties of distorted black holes remain present in the 5-dimensional case. This thesis also gives an investigation of the d-dimensional Fisher solution which represents a static, spherically symmetric, asymptotically flat spacetime with a massless scalar field. This solution has a naked singularity. It is shown that the d-dimensional Schwarzschild-Tangherlini solution and the Fisher solution are dual to each other. [1] R. Emparan and H. S. Reall, Phys. Rev. D, 65, 084025 (2002). [2] V. P. Frolov and A. A. Shoom, Phys. Rev. D, 76, 064037 (2007).

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Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Amir Ordacgi Caldeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T19:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santarelli_Raphael_D.pdf: 2666477 bytes, checksum: ddd17159cb8299eef7c96d47293f68ea (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho é testar a validade da Conjectura Fraca da Censura Cósmica em espaços-tempo com buracos negros. Essa conjectura foi proposta por Roger Penrose em 1969, e diz que singularidades resultantes de colapso gravitacional de matéria fisicamente razoável estão sempre envolvidas por um horizonte de eventos, ou seja, escondidas de um observador externo. Apesar de muitas evidências a favor dessa conjectura, ela nunca foi provada. Nossa meta é analisar se essa conjectura pode ser violada classicamente sob especificas circunstâncias. Começaremos com uma introdução ao assunto, apresentando os conceitos que nos serão úteis ao longo de nosso trabalho. Depois investigaremos os trabalhos anteriores na área, que visaram destruir o horizonte de eventos de um buraco negro, criando assim uma singularidade nua (visível), e consequentemente violando a conjectura. Por fim, apresentaremos nossos resultados, que podem ser divididos em duas partes: (i) generalização dos casos clássicos obtidos anteriormente, e demonstração, sob dadas condições, da violação da conjectura para um buraco negro de Kerr-Newman e (ii) análise da validade da conjectura para um buraco negro com cinco dimensões em um espaço-tempo assintoticamente AdS, dando assim uma contribuição para a correspondência AdS/CFT / Abstract: The aim of this work is to test the Weak Cosmic Censorship Conjecture in black holes. This conjecture was proposed by Roger Penrose in 1969, and it states that singularities arising from the gravitational collapse of physically reasonable matter are always involved by an event horizon, i.e., they are hidden from an external observer. Despite so much evidence in favor of this conjecture, it has never been proven. Our aim is to analyze if this conjecture can be violated classically under specific circumstances. We will start with an introduction to the subject, presenting the concepts that will be useful throughout the work. After that, we will investigate the previous studies in the field that tried to destroy the event horizon of a black hole, creating a naked (visible) singularity, and hence violating the conjecture. Lastly, we will present our results, which may be divided in two parts: (i) generalization of the classic cases previously obtained, and demonstration, under specific conditions, of the violation of the conjecture in a spacetime with a Kerr-Newman black hole and (ii) study of the validity of this conjecture with a five-dimensional rotating black hole in a asymptotically AdS spacetime, making a contribution to the AdS/CFT correspondence / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20176号 / 理博第4261号 / 新制||理||1612(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 田中 貴浩, 教授 川合 光, 教授 向山 信治 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

V klasické fyzice m·že být ustavena statická rovnováha v soustavě, která obsahuje extrémně nabité zdroje gravitačního a elektromagnetického pole. Udivujícím faktem je, že tato situace m·že nastat i pro černé díry v relativis- tické fyzice. Tato práce vyšetřuje speciální případ nekonečně dlouhé, extrémně nabité struny, zkoumá geometrii prostoročasu, elektrogeodetiky, vlastnosti zdroje a srovnává řešení se situací v klasické fyzice. Dále se zabýváme analogickou situací v dynamickém prostoročase s kosmologickou konstantou, a řešení porovnáváme s jeho statickou verzí. Nakonec zkoumáme periodické řešení Laplaceovy rovnice, které odpovídá nekonečně mnoha extremálním bodovým zdroj·m rozloženým v pravidelném rozestupu podél přímky. Vyšetřujeme vlastnosti elektrostatického potenciálu a ukazujeme, že v limitě velké vzdálenosti od osy tvořené zdroji pře- chází toto řešení v nabitou strunu. 1

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O fenômeno do colapso gravitacional e a estrutura de estrelas relativísticas são de grande importância em astrofísica desde a formulação da relatividade geral. Alguns trabalhos mais recentes revelam avanços importantes em nosso entendimento da formação de estruturas como buracos negros e singularidades nuas e do comportamento de fluidos exóticos tais como matéria e energia escura, incluindo aqui os fluidos fantasmas. A complexidade do estudo do colapso gravitacional está relacionada à existência de poucas soluções analíticas disponíveis para este fim. Recentemente, soluções auto-similares das equações de campo de Einstein têm atraído grande atenção, não somente pela possibilidade de serem estudadas analiticamente, simplificando o problema, mas também por sua relevância em astrofísica. Neste trabalho, estudamos o colapso gravitacional do fluido anisotrópico com auto-similaridade do segundo e primeiro tipos em espaços-tempos (2 + 1)-dimensionais, com simetria circular. Impondo as equações de estado pr = 0 e pθ = ωρ, onde ρ determina a densidade de energia e pr, pθ as pressões nas direções radial e tangencial do fluido, mostramos que, para soluções com auto-similaridade do segundo tipo, há duas distintas famílias. Para uma delas, as únicas soluções são as que representam fluido de poeira. Todas as soluções para as equações de campo de Einstein são encontradas e suas propriedades locais e globais são estudadas em detalhes. Algumas delas podem ser interpretadas como um processo de colapso gravitacional, em que singularidades nuas e buracos negros são formados. Para a outra família de soluções, temos um modelo cosmológico, com expansão acelerada, que começa em uma singularidade inicial (t = 0), com todas as condições de energia satisfeitas. Nosso propósito foi investigar o papel da não-homogeneidade na aceleração do fluido. Na intenção de estudar as soluções com auto-similaridade do primeiro tipo, mostramos que existe uma solução que representa um processo de colapso gravitacional, resultando em uma estrutura final de buraco negro ou singularidade nua, que podem ser constituídos de um fluido bem comportado ou fantasma.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O fenômeno do colapso gravitacional e a estrutura de estrelas relativísticas são de grande importância em astrofísica desde a formulação da relatividade geral. Alguns trabalhos mais recentes revelam avanços importantes em nosso entendimento da formação de estruturas como buracos negros e singularidades nuas e do comportamento de fluidos exóticos tais como matéria e energia escura, incluindo aqui os fluidos fantasmas. A complexidade do estudo do colapso gravitacional está relacionada à existência de poucas soluções analíticas disponíveis para este fim. Recentemente, soluções auto-similares das equações de campo de Einstein têm atraído grande atenção, não somente pela possibilidade de serem estudadas analiticamente, simplificando o problema, mas também por sua relevância em astrofísica. Neste trabalho, estudamos o colapso gravitacional do fluido anisotrópico com auto-similaridade do segundo e primeiro tipos em espaços-tempos (2 + 1)-dimensionais, com simetria circular. Impondo as equações de estado pr = 0 e pθ = ωρ, onde ρ determina a densidade de energia e pr, pθ as pressões nas direções radial e tangencial do fluido, mostramos que, para soluções com auto-similaridade do segundo tipo, há duas distintas famílias. Para uma delas, as únicas soluções são as que representam fluido de poeira. Todas as soluções para as equações de campo de Einstein são encontradas e suas propriedades locais e globais são estudadas em detalhes. Algumas delas podem ser interpretadas como um processo de colapso gravitacional, em que singularidades nuas e buracos negros são formados. Para a outra família de soluções, temos um modelo cosmológico, com expansão acelerada, que começa em uma singularidade inicial (t = 0), com todas as condições de energia satisfeitas. Nosso propósito foi investigar o papel da não-homogeneidade na aceleração do fluido. Na intenção de estudar as soluções com auto-similaridade do primeiro tipo, mostramos que existe uma solução que representa um processo de colapso gravitacional, resultando em uma estrutura final de buraco negro ou singularidade nua, que podem ser constituídos de um fluido bem comportado ou fantasma.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-13T14:39:21Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 851323 bytes, checksum: 599a5da8bbbe70ff2f4ba121890878e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T14:39:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 851323 bytes, checksum: 599a5da8bbbe70ff2f4ba121890878e2 (MD5) Previous issue date: 2014-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this cool thesis, we consider an approach to Brans-Dicke theory of gravity in which the scalar eld has a geometrical nature. By postulating the Palatini variation, we nd out that the role played by the scalar eld consists in turning the space-time geometry into a Weyl integrable manifold. This procedure leads to a scalar-tensor theory that di ers from the original Brans-Dicke theory in many aspects and presents some new features. We also consider the Weyl integrable geometry to investigate gravity in (2+1)-dimensions. We show that, in addition to leading to a Newtonian limit, WIST in (2+1) dimensions presents some interesting properties that are not shared by Einstein theory, such as geodesic deviation between particles in a dust distribution. Finally, taking advantage of the duality between the geometrical scalar-tensor theory and general relativity coupled with a massless scalar eld we study naked singularities and wormholes. / Esta tese trata de tópicos relacionados às teorias escalares-tensoriais e a geometria de Weyl integrável. Nossa abordagem será no sentido de indicar a geometria de Weyl integr ável como sendo um ambiente natural para a introdução de teorias escalares-tensorias. Nossa discussão será em torno da teoria de Brans-Dicke, considerada o protótipo das teorias escalares tensoriais, no entanto a discussão é facilmente estendida para essas versões mais gerais. Fazemos isso em dois momentos. Primeiro, indicando, no âmbito da teoria de Brans-Dicke, que na estrutura geométrica e de campos adotadas pela teoria existe uma relação estreita com a geometria de Weyl, inclusive associando o efeito descrito na literatura como "quinta força"(que violaria o princípio de equivalência) com o movimento geodésico da geometria de Weyl integrável, reformulando o postulado geodésico. E, num segundo momento, usando o método variacional de Palatini, acabamos por formular uma nova teoria escalar-tensorial, agora com ingredientes completamente geométricos, ambientada numa geometria de Weyl integrável. Estudamos ainda soluções no vazio do problema estático de uma distribuição de massa esfericamente simétrica, onde surgem objetos de interesse astrofísico como singularidades nuas e buracos de minhoca. Também formulamos a teoria conhecida por WIST (Weyl Integrable Spacetimes) em (2 + 1)D, o que resulta numa teoria consistente, não sofrendo das falhas associadas à teoria da relatividade geral nessa dimensionalidade