Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-10-19T14:38:34Z No. of bitstreams: 1 2012_SaulodeMesquitaDiles.pdf: 557353 bytes, checksum: 3e3d2534a3678af454ec8054bed2a56b (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2012-10-25T12:56:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_SaulodeMesquitaDiles.pdf: 557353 bytes, checksum: 3e3d2534a3678af454ec8054bed2a56b (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-25T12:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_SaulodeMesquitaDiles.pdf: 557353 bytes, checksum: 3e3d2534a3678af454ec8054bed2a56b (MD5) / As propriedades termodinâmicas de um buraco negro são determinadas pelas propriedades geométricas de seu horizonte de eventos. Um buraco negro extremal possui temperatura zero e a geometria próxima ao seu horizonte se comporta localmente como AdS2 x S2. Com esta motivação serão discutidos os espaços de AdS2 em detalhes, diferenciando o AdS2 dos espaços AdSn; n ≥ 3. O objetivo deste trabalho é estudar esta geometria próxima ao horizonte fazendo experimentos onde observamos o comportamento de uma partícula teste nesta geometria. Serão abordados aqui o caso de uma partícula pontual clássica e de um campo escalar quântico sem massa. Uma atenção especial é dada para a construção de operadores autoadjuntos através do teorema de von Neumann, que desempenha um papel importante para a descrição de um espaço tempo quando testado por um campo quântico. Além disso será discutida uma formulação alternativa da gravitação que se baseia no cálculo exterior, generaliza a ação de Einstein-Hilbert para uma dimensão arbitrária e gera equações de campo de primeira ordem. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The thermodinamics properties of a black hole are completely determined by geometrics properties of its event horizon. An extremal black hole has zero temperature and its near horizon geometry behaves localy as AdS2 x S2. With this motivation will be discussed the AdS spaces in details, diferentiating the AdS2 from the spaces AdSn; n ≥ 3. The goal of this work is to study such near horizon geometry by making experiments where we observe the behavior of a test particle on this geometry. In particular we analyse the case of a classical punctual particle and of a massless quantum scalar field. Furthermore, it will be discussed an alternative formulation of gravitation based on the exterior calculus, that generalize the Einstein-Hilbert action for an arbitrary dimension and gives first order field equations.

Apresentamos mapas bidimensionais (2D) para a cinemática do gás e das estrelas e fluxo das linhas de emissão na região central (algumas centenas de parsecs) das galáxias ativas M 81, NGC 1667, NGC 2110 e NGC 7213. As observações foram feitas com a Unidade de Campo Integral (IFU) do GMOS (Gemini Multi-Object Spectrograph) nos telescópios Gemini. Obtivemos campos de velocidades, mapas de dispersão de velocidades e mapas de fluxos pelo ajuste das linhas de emissão do gás Hα, [NII] λ6584˚A e [SII] λλ6717,31˚A. Obtivemos medidas da cinemática estelar a partir da aplicação da técnica pPXF. Utilizamos modelagens da cinemática estelar e do gás, além de técnicas de PCA, com o objetivo de detectar movimentos não circulares do gás e investigar a natureza desses movimentos. Detectamos influxos de gás em todas as quatro galáxias e ejeções de gás nas galáxias NGC 2110 e M 81. Verificamos que movimentos não circulares interpretados como influxos de gás se relacionam a espirais e filamentos associados a poeira vista em mapas de estrutura. Obtivemos taxas de influxo de massa para todas as galáxias e taxas de ejeções de massa para a galáxia NGC 2110 e comparamos estes resultados à taxa de acreção de matéria de cada galáxia. Encontramos que as taxas de influxo de gás ionizado variam de 0,01 a 1 M⊙/ano e são, em todos os casos, maiores que a taxa de acreção, o que sugere que a maior parte desse gás se acumulará na região central.

Nesta dissertação são explorados efeitos clássicos e semi-clássicos em espaços-tempos quase-extremos. Na classe de geometrias tratadas aqui, uma região estática entre dois horizontes é considerada, de forma que estes horizontes estão muito próximos e as suas gravidades superficiais são muito pequenas. Este limite quase-extremo surge em vários contextos de interesse, envolvendo buracos negros assintoticamente de Sitter, buracos de minhoca e buracos negros em universos com seção espacial compacta. No trabalho desenvolvido, buracos de minhoca ligando duas regiões com horizontes cosmológicos são estudados em detalhes. Uma vez caracterizada, algumas das propriedades clássicas destas estruturas e efeitos semi-clássicos são explorados. O tratamento quântico proposto leva naturalmente a uma caracterização termodinâmica associada aos horizontes atrapantes presentes na geometria. Consideramos especificamente propriedades térmicas associadas a um campo escalar nos espaços-tempos de interesse. Uma revisão do formalismo de Hayward é feito, com a sua adaptação para espaços-tempos importantes. Buracos de minhoca no regime quase-extremo são discutidos em detalhes. / In this dissertation, classical and semi-classical effects in quasi-extreme spacetimes are explored. In the class of geometries treated here, a static region between two horizons is considered, in such a way that these horizons are very close and their surface gravities are very small. This quasi-extreme limit appears in several contexts of interest, such as asymptotically de Sitter black holes, wormholes and black holes in universes with compact spatial section. In the developed work, wormholes connecting two regions bounded by cosmological horizons are studied in detail. Once some of the classical properties of these structures are characterized, semi-classical effects are explored. The proposed quantum treatment naturally leads to a thermodynamic characterization associated to the trapping horizons present in the geometry. We specifically consider thermal properties associated to a scalar field in the spacetimes of interest. A review of Hayward\'s formalism is presented, with a proper adaptation to important space-times. Wormholes in the near extreme regime are discussed in detail.

Neste trabalho, construímos novas soluções com simetria esférica ou axial para as equações do campo gravitacional induzido num cenário brana do tipo Randall-Sundrum, onde uma 3-brana com constante cosmológica está imersa num espaço-tempo 5-dimensional conhecido como bulk. Para o caso esfericamente simétrico, com constante cosmológica negativa, obtivemos uma família de soluções numa brana assintoticamente anti-de Sitter, sendo que cada membro desta é diferenciado de outro por uma constante integração C, que fixada proveu-nos soluções de buracos negros ou buracos de minhocas. Com a mesma simetria, geometrias que descrevem buracos de minhoca foram encontradas numa brana assintoticamente de Sitter. Para o caso axialmente simétrico, métricas assintoticamente anti-de Sitter e de Sitter foram construídas no contexto citado. Propriedades óticas, como a rotação do vetor de polarização, foram estudadas, mostrando-nos algumas diferenças entre os mundos brana, tratados como uma teoria de gravitação modificada, e a relatividade geral. / In this work we have constructed new solutions, with axial or spherical symmetry, to the induced gravitational field equations within a Randall-Sundrum type brane world scenario, where a 3-brane with cosmological constant is embedded in a 5-dimensional space-time called bulk. For the spherical case with negative cosmological constant, we have found a family of solutions in an anti-de Sitter brane, where each member of the family is different from another when C is fixed. With a fixed C we have black holes or wormholes. In this same case, with spherical symmetry, we have obtained wormhole solutions in a de Sitter brane. In the same context, for the axially symmetric case, metrics asymptotically anti-de Sitter and de Sitter were built. Optics features, like rotation of polarization vector, have been studied. These features showed some differences between brane worlds, a theory of modified gravity, and the General Relativity.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:20:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Junior Diniz Toniato.pdf: 412954 bytes, checksum: 2559260e7dcddc93c1ce6baff90a288d (MD5) Previous issue date: 2010-07-29 / There isn t experimental evidences that can validate the results of black holes termodynamics. This because the radiation emitted by the black hole, predicted by theory, it is almost impossible to be detected due to its low value of magnitude. In the search for clues that could validate the existence of this radiation, the study of analog models to those objetcs has grown considerably in recent decades. They allow the idealization of experiments in labs that would be extremely complicate to be done directly with the gravitational systems. A fluid in moviment can act on the sound the same way that curved space-time can influence on light trajectory in the general relativity. So, one can describe the propagation these sound waves through an effective metric, under wich they will follow null geodesics. This thesis makes a review of these studies focusing in an analogy to Schwarzschild black hole using an acoustic system, showing its advantages and limitations when applied in the study of Hawking s theory / Ainda não há uma comprovação experimental que possa validar os resultados obtidos da termodinâmica de buracos negros. Isso porque a radiação emitida pelo buraco negro, prevista pela teoria, é praticamente impossível de ser detectada devido ao baixo valor de sua ordem de grandeza. Na busca por indícios que possam validar a existência dessa radiação, o estudo de modelos análogos a esses objetos tem crescido consideravelmente nas últimas décadas. Eles permitem a idealização de experimentos em laboratórios que seriam impossíveis de serem realizados diretamente nos sistemas gravitacionais. Um fluido em movimento pode agir sobre o som da mesma forma que os espaçotempos curvos podem influenciar na trajetória da luz na relatividade geral. Com isso, pode-se descrever a propagação dessas ondas sonoras através de uma métrica efetiva, sob a qual elas seguirão geodésicas nulas. Esta dissertação faz uma revisão destes estudos concentrando-se em uma analogia acústica para um buraco negro de Schwarzschild, demonstrando suas vantagens e limitações quando aplicada para o estudo da teoria de Hawking

Neste trabalho, construímos novas soluções com simetria esférica ou axial para as equações do campo gravitacional induzido num cenário brana do tipo Randall-Sundrum, onde uma 3-brana com constante cosmológica está imersa num espaço-tempo 5-dimensional conhecido como bulk. Para o caso esfericamente simétrico, com constante cosmológica negativa, obtivemos uma família de soluções numa brana assintoticamente anti-de Sitter, sendo que cada membro desta é diferenciado de outro por uma constante integração C, que fixada proveu-nos soluções de buracos negros ou buracos de minhocas. Com a mesma simetria, geometrias que descrevem buracos de minhoca foram encontradas numa brana assintoticamente de Sitter. Para o caso axialmente simétrico, métricas assintoticamente anti-de Sitter e de Sitter foram construídas no contexto citado. Propriedades óticas, como a rotação do vetor de polarização, foram estudadas, mostrando-nos algumas diferenças entre os mundos brana, tratados como uma teoria de gravitação modificada, e a relatividade geral. / In this work we have constructed new solutions, with axial or spherical symmetry, to the induced gravitational field equations within a Randall-Sundrum type brane world scenario, where a 3-brane with cosmological constant is embedded in a 5-dimensional space-time called bulk. For the spherical case with negative cosmological constant, we have found a family of solutions in an anti-de Sitter brane, where each member of the family is different from another when C is fixed. With a fixed C we have black holes or wormholes. In this same case, with spherical symmetry, we have obtained wormhole solutions in a de Sitter brane. In the same context, for the axially symmetric case, metrics asymptotically anti-de Sitter and de Sitter were built. Optics features, like rotation of polarization vector, have been studied. These features showed some differences between brane worlds, a theory of modified gravity, and the General Relativity.

Nesta dissertação são explorados efeitos clássicos e semi-clássicos em espaços-tempos quase-extremos. Na classe de geometrias tratadas aqui, uma região estática entre dois horizontes é considerada, de forma que estes horizontes estão muito próximos e as suas gravidades superficiais são muito pequenas. Este limite quase-extremo surge em vários contextos de interesse, envolvendo buracos negros assintoticamente de Sitter, buracos de minhoca e buracos negros em universos com seção espacial compacta. No trabalho desenvolvido, buracos de minhoca ligando duas regiões com horizontes cosmológicos são estudados em detalhes. Uma vez caracterizada, algumas das propriedades clássicas destas estruturas e efeitos semi-clássicos são explorados. O tratamento quântico proposto leva naturalmente a uma caracterização termodinâmica associada aos horizontes atrapantes presentes na geometria. Consideramos especificamente propriedades térmicas associadas a um campo escalar nos espaços-tempos de interesse. Uma revisão do formalismo de Hayward é feito, com a sua adaptação para espaços-tempos importantes. Buracos de minhoca no regime quase-extremo são discutidos em detalhes. / In this dissertation, classical and semi-classical effects in quasi-extreme spacetimes are explored. In the class of geometries treated here, a static region between two horizons is considered, in such a way that these horizons are very close and their surface gravities are very small. This quasi-extreme limit appears in several contexts of interest, such as asymptotically de Sitter black holes, wormholes and black holes in universes with compact spatial section. In the developed work, wormholes connecting two regions bounded by cosmological horizons are studied in detail. Once some of the classical properties of these structures are characterized, semi-classical effects are explored. The proposed quantum treatment naturally leads to a thermodynamic characterization associated to the trapping horizons present in the geometry. We specifically consider thermal properties associated to a scalar field in the spacetimes of interest. A review of Hayward\'s formalism is presented, with a proper adaptation to important space-times. Wormholes in the near extreme regime are discussed in detail.

Orientador: Horatiu Stefan Nastase / Banca: Rogério Rosenfeld / Banca: Victor Rivelles / Resumo: Nesta dissertação estudamos o mecanismo atrator e a função entropia para buracos negros. Depois de revisarmos alguns aspectos de Relatividade Geral e buracos negros do tipo Schwarzschild, Reissner-Nordstrom e Kerr-Neumann demonstraremos detalhadamente como são deduzidas a lei zero e a primeira lei das chamadas Leis da Termodinâmica de Buracos Negros. Apresentaremos também a segunda e a terceira destas leis e discutiremos a relação entre as Leis da Termodinâmica e as Leis da Termodinâmica de Buracos Negros. Após isso, apresentaremos um exemplo para demonstrar como ocorre o chamado fenômeno atrator, que faz com que todos os campos escalares admitam o mesmo valor sobre o horizonte de eventos do buraco negro, fazendo-os então perder toda a memória de suas condições iniciais no infinito. Finalmente, apresentaremos a dedução da chamada função entropia de Sen, e demonstraremos sua importância no que se refere ao estudo dos campos escalares de um buraco negro para a geometria próxima ao horizonte de eventos, ou seja, para o mecanismo atrator. Demonstraremos a validade deste formalismo através da solução de Reissner-Nordstrom usual em 4 dimensões e de uma teoria correspondendo à parte bosônica de uma ação da supergravidade à baixas energias / Abstract: In this Master Thesis we study the attracto rmechanism and the entrop yfunction for black holes. After reviewing some aspects of General Relativity and black holes solutions of the Schwarzschild, Reissner-Nordstrom and Kerr-Newmann type, we give a detailed derivation of the zeroth and first of the so-called Laws of Black Hole Thermodynamics. We will also present the second and third laws and discuss the relation between The Laws of Thermodynamics and The Laws of Black Hole Thermodynamics. Then we will present an example of how the so-called attractor phenomena occurs, which makes all the scalar fields assume the same value on the black hole event horizon, forcing them to lose all the memory of their initial conditions at the infinity. Finally, we will present the derivation of the so-called Sen's entropy function, and we will show its importance concerning the study of scalar fields of a black hole for the near horizon geometry, or in other words, for the attractor mechanism. We will show the validity of this formalism through the usual Reissner-Nordstrom solution in 4 dimensions and a theory corresponding to the bosonic part of a low energy supergravity action / Mestre

O estudo de perturbações em buracos negros tem sido um campo de pesquisa ativo nas últimas décadas, levando a importantes contribuições para o entendimento da física de corpos compactos em geral. Para o caso de geometrias esféricas assintoticamente planas quadridimensionais, existe um panorama muito bem delineadi para a dinâmica de diversos campos de interesse. A introdução de uma constante cosmológica nas equações de Eisntein muda o caráter assintótico das soluções tipo buraco negro e neste caso, muito menos é conhecido. No trabalho desenvolvido nesta tese abordamos alguns aspectos da propagação de campos em geometrias esféricas assintoticamente de Sitter e anti-de Sitter, considerando inclusive geometrias com dimensão maios que quatro. No regime quase extremo a dinâmica é mais simples. Neste caso, são obtidas expressões analíticas para os potenciais efetivos e para os modos quase-normais, caracterizando completamente a dinâmica. Em geral, entretando, somos forçados a recorrer a métodos semi-analíticos e numéricos. Empregamos estes métodos para uma análise ampla da forma de decaimento dos diversos campos. Nossos resultados esboçam um quadro geral bastante coeso em uma grande gama de situações. / The study of pertubations in Black holes hás been na active Field of research in the last decades, leading to a better understanding of the physics of compact objects in general. In the case of asymptotically flat spherical geometries with four dimensions, there is a schematic Picture regarding the dynamics of many fields of interest. The introduction of a cosmological Constant in the Einstein equations changes the asymptotic character of the Black hole solutions, and in this case much less is known. In the work developed in this thesis we treat some aspects of the fiels propagation in spherically symmetric geometries which are asymptotically de Sitter and anti-de Sitter, considering also geometries with dimension greater than four. In the near extreme regime the dynamics is simpler. In this case, we obtain analytic expressions to the effective potentials and to the quasinormal modes, completely characterizing the dynamics. In general we are forced to use semi-analytics and numerical methods.These methods are employed in na extensive analysis of the decay modes of the fields cosidered. Our results sketch a general Picture in a wide sample of situations.

Estudos de perturbações em sistemas gravitacionais no âmbito da Relatividade Geral vêm sofrendo grandes desenvolvimentos nos últimos anos, especialmente em face da evolução dos modernos detectores de ondas gravitacionais. Abordamos neste trabalho as perturbações de diferentes cenários. Principiamos com a métrica de Vaidya, utilizada para descrever espaços-tempos esfericamente simétricos e dependentes do tempo. Nossas simulações mostraram que as freqüências dos modos quasi-normais (MQN\'s) apresentam um novo efeito inercial para variações rápidas da função de massa, retornando depois ao comportamento adiabático. Em seguida, apresentamos um modelo para a evaporação de mini buracos negros por radiação de Hawking inspirado no cenário de criação destes objetos em aceleradores de partículas, previsto pelas novas teorias com dimensões extras. Nosso modelo, baseado na métrica de Vaidya n-dimensional, tornou possível a análise de MQN\'s resultando na possibilidade de se obter os parâmetros relevantes do buraco negro, como a sua massa inicial e o número de dimensões extras, a partir de medições experimentais. Finalmente, realizamos um estudo sobre uma nova solução denominada gravastar, proposta como um modelo alternativo para o estágio final de estrelas com grande massa. Obtivemos limites para os parâmetros da solução e verificamos a sua estabilidade frente a perturbações axiais, concluindo positivamente a respeito da possibilidade de se distinguir entre buracos negros e gravastares com base no seu espectro de MQN\'s. / Perturbative studies of gravitational systems in General Relativity have gone through big developments in the last years, especially due to the evolution of the modern gravitational wave detectors. We consider in this work different perturbations in different scenarios. Firstly we consider the Vaidya metric, mainly used to describe time-dependent spherically symmetric spacetimes. Our simulations show that the frequencies of the quasinormal modes (QNM\'s) present a new inertial effect for rapidly varying mass functions, returning afterwards to the adiabatic behavior. Next we present a model for evaporating mini black holes in particle accelerators, in the context of the new gravity models with extra dimensions. With our model, based on the n-dimensional Vaidya metric, we are able to perform a QNM analysis which results in the possibility of obtaining the parameters of the black hole, such as its initial mass and the number of extra dimensions, from the experimental measurements. Finally, we present a study of a new solution, the gravastar, proposed as an alternative model for the end state of massive stars. We obtain bounds for the parameters of the solution and verify its stability against axial perturbations. Our results indicate that the gravastar\'s QNM spectrum can indeed be used to distinguish a black hole from a gravastar.