Estudamos a evolução temporal de perturbações escalares na vizinhança de uma estrela com densidade uniforme que colapsa em um buraco negro. O trabalho começa com um estudo básico de gravitação e modos quasi-normais. O objetivo principal é resolver a equação de Klein-Gordon sem massa para a perturbação escalar, cuja solução depende de métodos numéricos. Com este objetivo, tratamos os aspectos teóricos de buracos negros e estrelas a partir da solução prevista pela Relatividade Geral para um buraco negro, estrelas com densidade uniforme e estrelas em colapso. Estudamos também uma maneira de reduzirmos a Equação de Klein-Gordon para uma forma conveniente de ser integrada, assim como os métodos numéricos necessários para resolver essa equação. Encontramos soluções para os modos variando a massa M, o raio inicial R e o rótulo do momento angular l. Essas soluções são irregulares em muitas situações, mas em geral elas são crescentes, de acordo com o comportamente observado de explosões de Supernovas. / This work is a study on the time evolution of scalar perturbations around a star collapsing to a black hole. It starts with a basic study of gravitation and quasi-normal modes. The aim is to derive the solution of the massless Klein-Gordon equation, that depends on numerical methods. Aiming at this goal, we studied theoretical aspects of stars, black holes and gravitational collapse. The methods include coordinate substitutions to modify the Klein-Gordon equation to a simple form. We also studied numerical methods for partial differential equations. Solutions of the quasi-normal modes were found with different values of M, R and l. The solutions are irregular in several situations, but some of them display increasing modes, that could be explained by the explosive behavior of Supernovas.

Cerca de 25% do conteúdo energético do universo se encontra sob uma forma de natureza ainda não determinada e é conhecida pelo nome de matéria escura. Desde as primeiras especulações acerca de sua existência (Zwicky ~ 1933), vários modelos foram propostos na tentativa de justificar os dados observacionais encontrados mas, até hoje, nenhum deles foi capaz de cumprir essa tarefa a contento. Nesta dissertação, apresentaremos uma breve discussão desses modelos, além de propor um novo, baseado na idéia de que tanto a matéria escura quanto a energia escura possam ser compostas pelo campo escalar de Born-Infeld. / Nearly twenty five percent of the energetic content of the universe appears in a form that is still unknown and is named dark matter. Since the first speculations about its existence (Zwicky ~1933), many models have been proposed trying to justify all the observed data but, until now, none of them has been able to solve this problem. In this monography, we will present a brief discussion about these models and propose a new one, based on the idea that both dark matter and dark energy could be the Born Infeld scalar field.

Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Marcus Aloízio Martinez de Aguiar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:25:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_GabrielBernardide_M.pdf: 1988646 bytes, checksum: 0b4661aa158c2d9e054e30fd044ba4d9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a investigação do efeito Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) na presença de buracos negros, contemplando, dessa forma, uma correção de natureza astrofísica à propagação de raios cósmicos de ultra-alta energia. Inicia-se com uma descrição das principais características dos dois elementos cruciais envolvidos no efeito: os raios cósmicos de ultra-alta energia e a radiação cósmica de fundo. Posteriormente, é feita uma revisão sistemática do efeito GZK, mostrando as interações mais relevantes e a abordagem utilizada para o cálculo das perdas de energia. Também é dada especial atenção às correções de natureza cosmológica que devem ser incorporadas ao considerar fontes de raios cósmicos muito distantes. Em seguida, analisa-se o problema na presença de um buraco negro. O estudo é feito considerando a situação mais simples: a radiação cósmica de fundo é tratada como um banho térmico no qual um buraco negro de Schwarzschild está imerso, constituindo um sistema cuja evolução pode ser tratada na aproximação quase estática (mudanças adiabáticas). Uma aproximação para as trajetórias de raios cósmicos nesse espaço-tempo é proposta, e a partir dela são calculadas as perdas de energia de cada partícula em função da distância de máxima aproximação em relação ao buraco negro. Finalmente, são apresentadas as conclusões do autor, e as perspectivas futuras de investigação são discutidas / Abstract: The aim of this work is the investigation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) effect in the presence of black holes, thereby consisting of an astrophysical correction for the propagation of ultrahigh energy cosmic rays. Firstly, a description of the main features of the two crucial elements involved in the effect, the ultrahigh energy cosmic rays and the cosmic microwave background, is given. Then, a systematic review of the GZK effect is presented, showing the most relevant interactions and the approach used for the calculation of energy losses. Also, special attention is given to the cosmological corrections that must be incorporated when very far cosmic-ray sources are considered. After that, the problem is analysed in the presence of a black hole. The study is based upon the simplest situation: the cosmic microwave background is treated as a thermal bath in which a Schwarzschild black hole is immersed, constituting a system whose evolution can be treated in the quasi-static approximation (adiabatic changes). An approximation for the cosmic-ray particles¿ trajectories is proposed, and then used to calculate the energy loss for each particle as a function of the maximum approximation distance to the black hole. Finally, the author¿s conclusions are presented, as well as perspectives for future investigations / Mestrado / Relatividade e Gravitação / Mestre em Física

Orientador: Fatima Regina Rodrigues Evora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Filosofia e Ciencias Humanas / Made available in DSpace on 2018-08-12T17:31:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_EdsonAdriano_M.pdf: 385127 bytes, checksum: c6f2cbad6b427006d20e3899b4d8b120 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Essa dissertação analisa o chamado "problema de Newton", isto é, o problema de conciliar conceitualmente a inatividade essencial da matéria com a evidente atividade na natureza representada pela força de gravitação universal. Num primeiro momento, temos por objetivo examinar a gênese desse problema e, num segundo momento, os argumentos que Newton desenvolve procurando rebatê-lo / Abstract: This thesis analyses the so-called "Newton's problem", that is, the problem of conceptually conciliating the essential inactivity of matter with the evident activity in nature represented by the universal gravitation force. In a first moment, we are intended to examine the origin of this problem and, in a second moment, the arguments Newton develop in order to solve it / Mestrado / Filosofia / Mestre em Filosofia

Orientador: Alberto Vazquez Saa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maurer_ManuelaGibimRodrigues_D.pdf: 2170208 bytes, checksum: c6e199a21845849c79ef9b7ed5cd71da (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nos últimos anos, a interpretação do cenário cosmológico sofreu inúmeras modificações, devido às contribuições das pesquisas em SNe Ia e em núcleos galáticos. Estes estudos evidenciam a presença de componentes exóticos no universo, a matéria e energia escuras. Os modelos de quintessência descrevem esta energia escura como um campo escalar acoplado à gravidade, considerando todo o universo permeado por ele. Na vizinhança de um buraco negro, este campo deverá ser absorvido, modificando a sua distribuição de massa. Esta acreção de massa exótica vem sendo interligada ao caso de buracos negros primordiais, sugerindo um possível mecanismo para a formação de buracos negros supermassivos. Utilizando uma abordagem quasi-estacionária, consideramos a evolução da massa de um buraco negro de Schwarzschild na presença de um campo cosmológico escalar não minimamente acoplado. A equação da evolução da massa é resolvida analiticamente para um acoplamento genérico, revelando um comportamento qualitativamente diferente do caso de acoplamento mínimo. Em particular, para buraco negros com massas menores que um certo valor crítico, o acréscimo do campo escalar pode levar à diminuição da massa, mesmo se nenhuma energia de phantom for envolvida. A validade física da abordagem quasi-estacionária adotada e algumas implicações do nosso resultado para evolução dos buracos negros primordiais e astrofísicos são discutidas. Mais precisamente, nós discutimos que os dados observacionais de buracos negros poderiam ser usados para colocar restrições no conteúdo de energia não minimamente acoplado / Abstract: In the last years, the interpretation of the cosmological scenario suffered uncountable modifications because of contribution of research in SNe Ia and galactic core. These studies demonstrate the presence of exotics components in the universe, the dark matter and the dark energy. Quintessencial models describe this dark energy as a scalar field coupled to gravity, considering the entire universe permeated by it. In the vicinity of a black hole, this field should be absorbed, modifying its distributions of mass. This accretion of this exotic mass has been interconnected at the case of primordial black holes, suggesting a possible mechanism for the formation of supermassive black holes. By using a quasi-stationary approach, we consider the mass evolution of Schwarzschild black holes in the presence of a nonminimally coupled cosmological scalar field. The mass evolution equation is analytically solved for generic coupling, revealing a qualitatively distinct behavior from the minimal coupling case. In particular, for black hole masses smaller than a certain critical value, the accretion of the scalar field can lead to mass decreasing even if no phantom energy is involved. The physical validity of the adopted quasi-stationary approach and some implications of our result for the evolution of primordial and astrophysical black holes are discussed. More precisely, we argue that black hole observational data could be used to place constraints on the nonminimally coupled energy content of the universe / Doutorado / Física das Particulas Elementares e Campos / Doutora em Ciências

Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-15T21:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_RonaldoSavioliSume_M.pdf: 1240816 bytes, checksum: e8e9b8fff63d6b5f41f1556f2c3e8e57 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho fazemos um estudo de métricas lorentzianas e da teoria de conexões lineares em variedades diferenciáveis, focando em variedades de Weyl com métricas lorentzianas e conexões de Weyl. Também analisamos algumas teorias físicas baseadas nessa geometria, estendendo a essas teorias o modelo de Kuzmin para um disco fino de matéria. A partir desse estudo e do limite newtoniano das teorias, investigamos se esses resultados suprem a necessidade da presença de matéria escura em galáxias espirais para explicar as curvas de rotação observadas / Abstract: In this work we study Lorentzian metrics and the theory of linear connections on smooth manifolds, focusing on Weyl manifolds with lorentzian metrics and Weyl connections. We also analyze some physical theories based on this geometry, extending to these theories the Kuzmin model for a thin disk of matter. From this study and from the newtonian limit of the theories, we examine if these results supply the necessity of the presence of dark matter in spiral galaxies to explain the observed rotation curves / Mestrado / Geometria Diferencial/Gravitação / Mestre em Matemática

Nesta tese apresentamos vários aspectos das teorias de gravidade quântica anisotrópica. Introduzimos a simetria de Lifshitz, que promove a ansitropia entre espaço e tempo e mostramos como esta ansitropia melhora o comportamento das teorias em altas energias, quando comparadas com teorias relativísticas. Mostramos também o mecanismo pelo qual teorias anisotrópicas podem ser efetivamente relativísticas em baixas energias. Construímos a teoria de gravidade quântica anisotrópica (gravidade HL) e discutimos suas variações. Mostramos as principais consequências físicas da versão projetável da teoria, como soluções esfericamente simétricas e cosmológicas. Apontamos para o aparecimento de um grau de liberdade extra na teoria, quando comparada à Relatividade Geral, o gráviton escalar, e discutimos os problemas a ele associados. Apresentamos a proposta de Horava e Melby-Thompson da gravidade anisotrópica covariante, que é livre do gráviton escalar. Em seguida, mostramos a nossa contribuição para a área, que é formalismo de acoplamento mínimo, que generaliza o procedimento de Horava e Melby-Thompson e aponta para possíveis termos de acoplamento entre gravitação e matéria. Questões em aberto são apontadas e discutidas. / In this thesis we present some aspects of anisotropic gravity theories. We introduce the Lifshitz symmetry, which produces an anisotropy between space and time and show how this anisotropy improves the high energy behavior of theories when compared with their relativistic counterparts. We also show the mechanism that ensures anisotropic theories can be effectively relativistic at low energies. We build the anisotropic gravity theory (HL theory) and discuss some of its versions. We show the major physical consequences of projectable version of HL theory, as spherically symmetric solutions and cosmology. We point out to the appearance of an extra degree of freedom in HL theory when compared to General Relativity, the scalar graviton, and discuss the issues it presents. We present the proposal of Horava and Melby-Thompson of co variant anisotropic gravity, which is scalar graviton free. Subsequently, we show our proposal of a minimal coupling formalism, which generalizes the Horava and Melby-Thompsons procedure and leads to possible couplings between gravity and matter. Open issues are pointed out and discussed.

Esta tese é um estudo de estabilidade de modos quasinormais em um sistema que apresenta uma mudança de estabilidade ao variar continuamente os parâmetros físicos de um buraco negro. A mudança de estabilidade encontrada possui interpretações na correspondência AdS/CFT. A ferramenta principal utilizada neste trabalho para o cálculo de modos quasinormais foram métodos numéricos que podem ser utilizados em inúmeros trabalhos desta área de pesquisa, especialmente por não dependerem de suposições de simetria ou de comportamento conveniente do sistema físico. / This thesis is a study of stability of quasinormal modes in a system featuring a stability change if one continuously varies the physical parameters of a black hole. The stability change thus found has some possible interpretations in the AdS/CFT correspondence. The main tool used in this study for calculating quasinormal modes are numerical methods that can be used in numerous works in this area of research, especially because they do not depend on assumptions of symmetry or any convenient behavior of the physical system.

Neste trabalho faremos uma investigação no campo das perturbações gravitacionais e propagação de ondas em geometrias de buracos negros com campos elétricos ou magnéticos. Usando uma geometria tipo Ernst-Melvin de um buraco negro massivo em um Universo com campo magnético no eixo z, calculamos os modos quasi-normais de propagação de um campo escalar, demonstrando que este se comporta como um campo escalar com massa 2|m|B em uma geometria de Schwarzschild, para pequenos valores do campo magnético B (correspondendo m ao número azimutal do esférico harmônico). Ainda com esta geometria, calculamos a contribuição de ondas escalares para a entropia do buraco negro em termos dos cut offs ultravioleta e infravermelho. Com uma solução do tipo Reissner-Nordström em 4 dimensões, investigamos as possíveis correspondências entre os modos quasinormais e as propriedades termodinâmicas deste buraco negro, atestando o resultado de que a conjectura Hod modificada por Maggiore é válida em tal solução. Também, com uma geometria de Reissner-Nordström-de Sitter D-dimensional, obtivemos os modos quasi-normais de vibração para dois potenciais diferentes, estabelecendo a ausência de modos instáveis para uma grande gama de parâmetros deste buraco negro. / In this work we make an incursion into the branch of gravitational perturbations and field propagation around known-geometries of black holes with electromagnetic fields. Using an Ernst-Melvin type of geometry in a massive black hole immersed on a magnetic Universe, we calculate the quasi-normal modes of the propagating field, showing the equivalence of this problem with that of a massive scalar field (for which the mass is 2|m|B, m being the azhimutal number, and B the magnetic field) propagating around a Schwarzschild geometry. We also compute the contribution of the scalar field to the entropy of the black hole in terms of the infrared and ultraviolet cut offs. Using a Reissner-Nordstr¨om-like solution in 4 dimensions, we investigate the possible correspondence between quasi-normal modes and the thermodynamical properties of this black hole, atesting the validity of the modified Hod conjecture as proposed by Maggiore. Finally, for a Reissner-Nordstr¨om-de Sitter D-dimensional solution, we obtain the quasi-normal modes for two diferent potentials, establishing the absence of unstable modes for a large range of values for the black hole parameters.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Investigamos inicialmente o problema da obtenção de uma gravitação newtoniana modificada no caso da teoria da Relatividade Geral. Na sequência, encontramos uma solução geral com simetria esférica para um campo gravitacional fraco no contexto da Teoria de Brans-Dicke. Esta solução é independente de qualquer condição de coordenada. Então, para uma escolha conveniente da função f(r) na métrica de Brans-Dicke, exibimos uma fórmula modificada para a gravitação newtoniana, a qual pode descrever a gravidade em uma escala de comprimento pequena. Discutimos os resultados em comparação com o caso da Relatividade Geral / We investigate initially the problem of obtaining a modified newtonian gravitation in the case of General Relativity theory. Following, we find a general solution with spherical symmetry for a weak gravitational field in the context of Brans-Dicke theory. This solution is independent of any coordinate condition. Then, for a convenient choice of the function f(r) in Brans-Dicke metric, we exhibit a modified formula to newtonian gravity, which can describe gravity in a small length scale. We discuss the results in comparison with the case of General Relativity