The motion of neutral test particles, both massive and massless, in the space time of a charged source described by the Reissner-Nordström solution is studied. This solution is characterized by two parameters, mass and charge, which defines the horizons of the source. When the mass is larger than the charge, the solution describes a black hole, with two distinct horizons. When the mass and charge are equal there is an extremal black hole, and both horizons merge to one. Finally, when the charge is larger than the mass there is a naked singularity, with no horizon. The structure and properties of these different type of solution are presented and discussed. A general solution of the equations of motion is presented in function of the Weierstrass elliptic function ℘. In addition, the possible orbits for test particles are discussed, and the conditions for existence of closed, circular or escape orbits are presented. The classifications is made based on the particles energy, and the mass and charge of the source. We find that all mentioned orbits are allowed for the three different type of solutions. In particular, for extremal black holes and naked singularities, we find stable circular orbits located outside the event horizon and hence being visible for an external observer. / O movimento de partículas teste neutras, ambas massivas e sem massa, no espaço-tempo de uma fonte carregada descrita pela solução de Reissner-Nordström é estudada. Essa solução é caracterizada por dois parâmetros, massa e carga, que definem os horizontes da fonte. Quando a massa é maior que a carga tal solução descreve um buraco negro com dois horizontes distintos. Quando a massa e a carga são iguais há um buraco negro extremo, e ambos os horizontes se unem em um. Finalmente, quando a carga é maior que a massa, há uma singularidade nua, sem horizontes. A estrutura e as propriedades dessas diferentes soluções são apresentadas e discutidas. Uma solução geral da equação de movimento é apresentada em termos da função elíptica de Weierstrass, ℘. Além do mais as possiveis órbitas para uma partícula teste são discutidas, e as condições para existência de órbitas fechadas, circulares e de escape são apresentadas. A classificação é feita a partir da energia da partícula, e da massa e carga da fonte. Encontramos que todas as orbitas mencionadas são permitidas nos três diferentes tipos de soluções. Em partícular, para buracos negros extremos e singularidades nuas, encontramos órbitas circulares estáveis localizadas fora do horizonte de eventos e, consequentemente, sendo visível para observadores externos.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 A-inicio.pdf: 106467 bytes, checksum: 8ecfda3cfa81a009fae7a31b2dea68e8 (MD5) Previous issue date: 2008-10-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this Dissertation we study the scattering of massless monochromatic scalar waves by 5-dimensional (5D) Schwarzschild-Tangherlini black holes. We compute the scattering phase shifts using Prüfer method for high frequencies and high-values of the angular multipole index l. The phase shifts are then used to analyze the glory effect, in comparison with the respective 4D values. In the case of low frequencies th total absorption is completely absent in some cases. The oscillatory behavior of the phase shift for large values of l, typical in the 4D case, now becomes absent. For high frequencies, the total absorption starts at much lower values of l, compared to the 4D case. / Nesta Dissertação estudamos o espalhamento de ondas escalares monocromáticas sem massa por buracos negros de Schwarzschild-Tangherlini em 5 dimensões (5D). Computamos os desvios de fase usando o método de Prüfer para altas freqüências e altos valores do índice de multipolo l. Os desvios de fase são para análise do efeito glória, comparando com os respectivos valores resultantes do caso do espalhamento em 4D. Para baixas freqüências a absorção total em 5D é, em alguns casos, totalmente ausente para l + 0. O comportamento oscilatório do desvio de fase para grandes valores de l, típico em 4D, agora desaparece. Para altas freqüências a absorção total em 5D começa para valores de l muito menores que aqueles respectivos ao caso 4D.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-18T18:35:27Z No. of bitstreams: 1 LUIZ CORDEIRO DE LIMA NETO – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2013.pdf: 963611 bytes, checksum: 83952da12a3c82dcd16e85616b111271 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-18T18:35:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUIZ CORDEIRO DE LIMA NETO – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2013.pdf: 963611 bytes, checksum: 83952da12a3c82dcd16e85616b111271 (MD5) Previous issue date: 2013-03-26 / Capes / Este trabalho apresenta elementos complementares da formação no nível de mestrado em Física. Discutimos, principalmente, aspectos de Relatividade Geral e Teoria Quân- tica de Campos. Deforma detalhada, explanamos a obtenção das soluções de Reissner- Nordström para as equações de Einstein que mostram a dependência dos buracos negros carregados da sua massa e da sua carga. Analisamos, também, os casos onde a massa difere numericamente da carga conhecidos como casos não-extremos, e os casos onde estas grandezas são equivalentes conhecidos como extremos. Discutimos, também, as leis da mecânica dos buracos negros e a inevitável comparação com as leis usuais da Termodinâmica e, conforme foi demonstrado por Hawking, que essas semelhanças são um fenômeno físico explicado pela a mecânica quântica. Ao rever estes estudos, Unruh percebeu que um observador acelerado em um espaço plano mede radiação térmica. Os estudos apresentados nesta dissertação constituem o embasamento necessário para o trabalho em inúmeras áreas de desenvolvimento da Física na atualidade, visto que os buracos negros carregados (em dimensões extras) possuem uma ligação com a teoria das cordas, uma das teorias mais promissoras para a construção da teoria quântica da gravitação. / This work presents complementary elements of training at the master’s degree level in Physics. We discussed, mainly, aspects of General Relativity and Quantum Field Theory. In details we expounded the obtaining of Reissner-Nordström’s solutions for Einstein’s equations that show the dependence of charged black holes on their massand charge. We also the cases in which the mass differs numerically from charge, known as non- extreme cases, and cases where the sequantities are equivalent, known as extreme. We also discuss the laws of mechanics of black holes and thein evitable comparison with the usual law softhermo dynamics and still, as demonstrated by Hawking, that the se similarities are physical phenomena explained by Quantum Mechanics. By reviewing thes estudies, Unruh realized that an accelerated observerina flat space me asures thermal radiation. The studies presented in this dissertation formed the necessary principles for research in several are as of development of physics now a days, where as the charged black holes (in extradimensions) are connected with the String Theory, one of the most promising theories for construction of the Quantum Theory of Gravitation.

Neste trabalho aplicamos métodos espectrais para a determinação da configuração inicial de três espaços-tempos contendo buracos negros. Para isto apresentamos primeiro a foliação do espaço-tempo em hipersuperfícies tridimensionais espaciais parametrizadas pela função temporal t. Este processo é chamado de decomposição 3+1 [2] [5]. O resultado deste processo são dois conjuntos de equações classificadas em equações de vínculo e evolução [4]. As equações de vínculo podem ser divididas em vínculos Hamiltoniano e dos momentos. Para a obtenção dos dados iniciais dos problemas estudados aqui, apenas a equação de vínculo Hamiltoniano será resolvida numericamente, pois as equações de vínculo dos momentos possuem solução analítica nestes casos. Uma pequena descrição dos métodos espectrais é apresentada, destacando-se os método de Galerkin, método pseudoespectral ou de colocação e método de Tau, que são empregados na resolução das equações de vínculo Hamiltoniano dos problemas estudados. Verificamos que os resultados obtidos neste trabalho superam aqueles produzidos por Kidder e Finn [15], devido a uma escolha diferente das funções de base, que aqui satisfazem uma das condições de contorno. / In this work we apply spectral methods for determining the initial configuration of three spacetimes containing black holes. For this we present first the foliation of spacetime into three-dimensional spacelike hypersurfaces parameterized by the time function t. This process is called 3 + 1 decomposition [2] [5]. The result of this process are two sets of equations classified into constraint and evolution equations [4]. The constraint equations can be divided into Hamiltonian and momentum constraints.To obtain the initial data of the problems studied here, only the Hamiltonian constraint is solved numerically, since the momentum constraint of these cases have analytical solution. A short description of spectral methods is presented, highlighting Galerkin method, pseudospectral or collocation method and Tau method, which are employed in solving the constraint equations Hamiltonian of the problems studied. We found that the results obtained in this work outperform those produced by Kidder and Finn [15], due to a different choice of basis functions, which meet here one of the boundary conditions.

Submitted by Leonardo Cavalcante (leo.ocavalcante@gmail.com) on 2018-04-30T14:18:12Z No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 1310917 bytes, checksum: 54733929b9cb3c26ca0a0dc1adb0ae42 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-30T14:18:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 1310917 bytes, checksum: 54733929b9cb3c26ca0a0dc1adb0ae42 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Modifed theories of gravity has the objective to elucidate some open issues in the context of general relativity. From this perspective many theories have been proposed over the years. In this paper we deal with some of these theories and, for each of them, we gave our contribution proposing new scenarios that showed promise. So in the context of braneworld theory we held the first studies in three dimensional DGP theory, with terms of induced gravity of the new massive gravity type. The study of the propagators of disturbed theory showed unit propagation modes without the presence of tachyons. As regards to the Horava-Lifshitz theory, we studied the structure of membranes with scalar fields in 4+1 dimensions and the formation of black holes in 1+1 dimensions has been obtained for the first time. In the two previous cases we deal with nonprojectable version of this theory. Have also studied braneworld models in a bimetric theory where gravity is coupled to the scalar field that connects the two metrics. Although the scalar field having a linear term kinetic the theory remained stable and gravity localization was obtained. Finally, we apply the theory of gravitation with nondynamical fields to a cosmological model and found that for a certain specific stage of the Universe Expansion is possible to have a mechanism that generates a self tuning of the cosmological constant problem. / Teorias de gravidade modificada tem como objetivo elucidar alguns problemas em aberto no âmbito da Relatividade Geral. Dentro desta perspectiva muitas teorias foram propostas ao longo dos anos. Neste trabalho abordamos algumas destas teorias e, para cada uma delas, demos a nossa contribuição propondo novos cenários que se mostraram promissores. Assim, no contexto das teorias de mundo-brana estudamos pela primeira vez teorias do tipo DGP em 2+1 dimensões, com termos de gravidade induzida do tipo nova gravidade massiva. O estudo dos propagadores da teoria perturbada mostrou a propagação de modos unitários e sem a presença de táquions. No que diz respeito à teoria de Horava-Lifshitz, estudamos a estrutura de branas com campos escalares em 4+1 dimensões e a formação de buracos em 1+1 foi obtida pela primeira vez. Nos dois casos anteriores tratamos da versão não projetável desta teoria. Estudamos ainda modelos de mundo-brana em uma teoria com bimétrica onde a gravidade se acopla ao campo escalar que conecta as duas métricas. Apesar de o campo escalar possuir um termo cinético linear a teoria se mostrou estável e localização da gravidade foi obtida. Por fim, aplicamos a teoria da gravitação com campos não dinâmicos a um modelo cosmológico e constatamos que para certa fase específica da expansão do Universo é possível termos um mecanismo que gera um auto ajuste da constante cosmológica.

Neste trabalho aplicamos métodos espectrais para a determinação da configuração inicial de três espaços-tempos contendo buracos negros. Para isto apresentamos primeiro a foliação do espaço-tempo em hipersuperfícies tridimensionais espaciais parametrizadas pela função temporal t. Este processo é chamado de decomposição 3+1 [2] [5]. O resultado deste processo são dois conjuntos de equações classificadas em equações de vínculo e evolução [4]. As equações de vínculo podem ser divididas em vínculos Hamiltoniano e dos momentos. Para a obtenção dos dados iniciais dos problemas estudados aqui, apenas a equação de vínculo Hamiltoniano será resolvida numericamente, pois as equações de vínculo dos momentos possuem solução analítica nestes casos. Uma pequena descrição dos métodos espectrais é apresentada, destacando-se os método de Galerkin, método pseudoespectral ou de colocação e método de Tau, que são empregados na resolução das equações de vínculo Hamiltoniano dos problemas estudados. Verificamos que os resultados obtidos neste trabalho superam aqueles produzidos por Kidder e Finn [15], devido a uma escolha diferente das funções de base, que aqui satisfazem uma das condições de contorno. / In this work we apply spectral methods for determining the initial configuration of three spacetimes containing black holes. For this we present first the foliation of spacetime into three-dimensional spacelike hypersurfaces parameterized by the time function t. This process is called 3 + 1 decomposition [2] [5]. The result of this process are two sets of equations classified into constraint and evolution equations [4]. The constraint equations can be divided into Hamiltonian and momentum constraints.To obtain the initial data of the problems studied here, only the Hamiltonian constraint is solved numerically, since the momentum constraint of these cases have analytical solution. A short description of spectral methods is presented, highlighting Galerkin method, pseudospectral or collocation method and Tau method, which are employed in solving the constraint equations Hamiltonian of the problems studied. We found that the results obtained in this work outperform those produced by Kidder and Finn [15], due to a different choice of basis functions, which meet here one of the boundary conditions.

Orientador: Prof. Dr. Vilson Tonin Zanchin / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. / No presente trabalho estudam-se buracos negros regulares e outros objetos compactos eletricamente carregados no contexto das teorias de Einstein-Maxwell. O objetivo principal do trabalho é a construção de soluções de buracos negros regulares e o estudo da estabilidade de cada solução. Com tal propósito, primeiro revisamos alguns conceitos fundamentais da Relatividade Geral e apresentamos as equações principais a serem usadas. Em particular, escrevemos explicitamente as equações de campo de Einstein para o caso de um uido anisotrópico eletricamente carregado, cuja distribuição de matéria-energia tem simetria esférica e uma equação de estado do tipo de Sitter, onde a pressão radial é igual ao negativo da densidade de energia. Em seguida, a equação de campo de Einstein é usada para busca de duas soluções, uma solução interior para a região com matéria, a qual não apresente singularidade, e outra solução exterior para a região fora da matéria que corresponde à métrica de Reissner-Nordström. Para construir uma solução à equação de campo de Einstein que seja válida em todos os pontos do espaço, aplicamos o formalismo de junção de Darmois-Israel com uma thin shell tipo-tempo. Supõe-se que a thin shell pode ter massa (densidade de energia) e pressão, na forma de um uido perfeito que obedece uma equação de estado barotrópica P = !. Uma equação de movimento para a shell é derivada das condições de junção. Encontram-se soluções estacionárias de buracos negros regulares e outros objetos compactos eletricamente carregados para escolhas especicas do parâmetro !, e encontram-se as regiões de estabilidade da solução para os casos em que a massa própria da shell é não negativa. / In the present work we study black holes and other electrically charged compact objects in the context of the Einstein-Maxwell theory. The main objective is the construction of solutions of black holes and the study of their stability. With this purpose, we rst reviewed some fundamental concepts of General Relativity introducing the main equations to be used. In particular, we write explicitly the Einstein's eld equations for the case of an electrically charged anisotropic uid, which presents spherical symmetry and a de Sitter type equation of state, where the radial pressure is equal to the negative of energy density. Then, the Einstein eld equation is used to search for two solutions, an interior solution for the region with matter, which presents no singularity, and an external solution for the region outside the matter, that corresponds to the Reissner-Nordström metric. To construct a complete solution we apply the Darmois-Israel junction conditions with a timelike thin shell at the matching surface. It is assumed that the thin shell may have mass (energy density) and pressure, in the form of a perfect uid obeying the barotropic equation of state P = !. The equations of motion for the shell is derived from the junction conditions. We show that there are stationary electrically charged regular black holes solutions and other compact objects for specic choices of the ! parameter. We also show the stability and instability regions of the solutions considering the regions fo the parameter space for which the the mass of the shell is non-negative.

Orientador: Prof. Dr. Roldão da Rocha Jr. / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. / Neste trabalho foram investigadas algumas conseguências da física de buracos negros em teorias cujo domínio está além do domínio da relatividade geral, em especial em teorias efetivos com dimensões extras. A investigação foi em substancialmente conduzida baseando-se em três efeitos gravitacionais, a saber, a radiação Hawking, o regime de deflexão forte de lentes gravitacionais e a formação de buracos negros quânticos. Uma solução de modelo cosmológico imerso em uma brana espessa foi também investigada. Modelos e teorias efetivas fornecem meios para testar os limites de validade de teorias conhecidas e indicam o que deveríamos esperar além desses limites. Baseado nessa ideia foram usados alguns modelos efetivos para estudar efeitos não previstos pela relatividade geral, associados a cada um dos fenômenos mencionados. / This work is devoted to investigate some consequences of black holes physics beyond the domain of general relativity, mainly in effective extra dimensional models. The investigation is carried along three gravitational effects, namely the Hawking radiation, the strong deflection of gravitational lensing and the formation of quantum black holes. A cosmological thick brane solution is also investigated. Effective theories and models provide a prominent approach for testing the limits of known theories and show what would be expected beyond that. Based on such idea we have used effective models for finding deviations of general relativity associated to each of the mentioned phenomena.

Nesta dissertação de mestrado o problema da estabilidade de geodésicas do tipo luz e do tipo tempo é estudado sobre o ponto de vista do formalismo de sistemas dinâmicos. Uma breve revisão bibliográfica sobre aspectos importantes de sistemas dinâmicos contínuos no tempo é realizada, bem como uma sucinta revisão de tópicos de interesse em relatividade geral. As equações de movimento para as geodésicas são deduzidas para geometrias com simetria esférica, e o caso Schwarzschild é inicialmente analisado. Em seguida, analisamos o caso das geometrias proposta por Casadio, Fabbri e Mazzacurati e um caso de buraco de minhoca assintoticamente de Sitter. A caracterização dos pontos fixos dos sistemas de interesse é feita, e a sua estabilidade é analisada sob a ótica dos métodos de Lyapunov e Jacobi, assim como bifurcações foram mapeadas. A fotosfera é caracterizada como um ciclo limite, sendo um ponto fixo estritamente instável no espaço de estados de buracos negros. A análise dos buracos de minhoca revelam a existência de uma fotosfera estável em determinadas regiões do espaço de parâmetros do sistema / In this dissertation, the problem associated with the stability of timelike and null geodesics is studied from the dynamical system point of view. A succinct bibliographical review covering important aspects of time-continuous dynamical systems is made, and a short review about some topics of interest of general relativity is also presented. The geodesic equations of motion are shown for geometries with spherical symmetry, and the Schwarzschild case is first analyzed. In the following, we analyze the geometries proposed by Casadio, Fabbri, and Mazzacurati and an asymptotically de Sitter wormhole case. The characterization of the fixed points of the system is performed, and their stability is studied from the perspective of the Lyapunov and Jacobi methods, as well as the bifurcation analysis. The photon sphere is characterized as a limit cycle, being a strictly unstable fixed point in the state space of the system. The wormhole analysis reveals the existence of a stable photon sphere in certain regions of the parameter space of the system

Neste trabalho estudamos a dinâmica de discos torcidos finos e espessos para compreender melhor a propagação da deformação nestes discos. No caso dos discos finos, estudamos a física do efeito Bardeen-Petterson e aplicamos este modelo para explicar o jato em escalas de parsec e kilo-parsec da galáxia NGC 1275. Encotramos que o efeito Bardeen-Petterson reproduziu muito bem a forma do jato e com isto derivamos os parâmetros do disco como raio, valores das viscosidades azimutal e vertical, lei de potência da densidade superficial e spin do buraco negro. Para uma melhor compreensão da física destes discos, realizamos simulações GRMHD de discos moderadamente finos tanto planos como inclinados para estudar a evolução do ângulo de inclinação entre os momentos angular do buraco negro e do disco de acresção assim como o ângulo de torção que está associado com a precessão do disco. Encontramos que quando o disco de acresção e o buraco negro rotacionam no mesmo sentido, o ângulo de inclinação entre os momentos angular apresentou um comportamento oscilatório na parte interna do disco e permaneceu constante na parte externa em acordo com as previsões teóricas. Já quando o buraco negro rotacina no sentido oposto ao disco de acresção, encontramos pela primeira vez numa simulação GRMHD evidências de alinhamento, ocorrendo um alinhamento de 10\\% do angulo entre os momentos angulares do disco e buraco negro. Além disso, comprovamos pela primeira vez numa simulação GRMHD a não isotropia do stress. Utilizando um modelo semi-analítico, comparamos os resultados de nossas simulações com este modelo, utilizando os dados da simulações de disco plano como entrada e obitivemos os mesmos comportamentos das simulações tanto no caso prógrado quanto no caso retrógrado mostrando que o alinhamento é devido ao regime onda. / In this work we studied the dynamics of twisted thin and thick disks to better understand how the warp propagates in these discs. In the case of thin discs, we studied the physics of the Bardeen-Petterson effect and we applied this model to explain the shape of the jet in both parsec and kilo-parsec scales of the galaxy NGC 1275. We found that the Bardeen-Petterson effect could explain very well the shape of the jet and with that we derived the disc parameters such as its radius, the values of the kinematic azimutal and vertical viscosities, the power-law of the surface density and the spin of the black hole. To better understand the physics of such discs, we have performed GRMHD simulations of moderatelly thin tilted disks to study the evolution of the tilt angle between the angular momentum of the accretion disk and black hole and also the twist angle which is associated with the precession of the disc. We found that when the accretion disc and the black hole are rotating in the same direction, the tilt angle showed an oscillatory behavior in the inner parts of the disk while in the outer parts it remained constant in agreement with the theorical modelos. However, when both rotate in the opposite direction, we found for the very first time in a GRMHD simulation, evidences of alignment of 10\\% of the tilt angle. Besides that, we prove for the first time in a GRMHD simulation that the stress is far from being isotropic. Using a semi-analitic model, we compared the results of our simulations with this model, using the datas of the untilted simulations as inputs and we found the same behaviors found in the simulations even in prograde case as in the retrograde case showing that the alignment is due to bending waves.