Sombras de agujeros negros rotantes rodeados por medios transparente

• Autores: Badía, Javier
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Eiroa, Ernesto Fabián
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En esta Tesis se realiza un estudio teórico acerca de las sombras que producen en el cielo de un observador lejano ciertos tipos de agujeros negros rotantes, en presencia de un medio transparente. Cuando un agujero negro está iluminado por una fuente extensa o rodeado de un disco de acreción geométricamente grueso y ópticamente delgado, su apariencia es la de una región oscura en un fondo luminoso. Las sombras tienen una forma no trivial debido a la deflexión gravitatoria de la luz, que en el caso de un agujero negro rotante da lugar a una asimetría característica en la dirección perpendicular al eje de rotación. Para obtener el contorno de la sombra se utiliza el formalismo de Hamilton-Jacobi en cada una de las métricas consideradas, para así integrar las ecuaciones de movimiento de la luz. Las curvas teóricas obtenidas en este trabajo se pueden usar para contrastar observaciones de agujeros negros para diversas teorías de gravedad. En particular, se consideran agujeros negros en relatividad general rodeados de un fluido transparente con presión anisótropa. Luego se estudia una familia de métricas que incluye ejemplos provenientes de teorías como las cosmologías de mundos brana, gravedad de Horndeski y gravedad escalar-tensorial de Einstein-Gauss-Bonnet en 4 dimensiones. Finalmente, se analiza el caso de la teoría de Einstein-Maxwell acoplada a un campo dilatónico. En estos últimos dos casos, se incluye la presencia de un medio en estado de plasma, que refracta los rayos de luz en función de su frecuencia. En todos los escenarios, dado el contorno de una sombra, se definen tres observables geométricos que caracterizan su forma y tamaño, y se estudia su dependencia con los parámetros de cada caso.
This Thesis contains a theoretical study of the shadows produced in the sky of a distant observer by certain kinds of rotating black holes, in the presence of a transparent medium. When a black hole is lit by an extended source or surrounded by a geometrically thick and optically thin accretion disk, its appearance is that of a dark region on a bright background. The shadows have a nontrivial shape due to the gravitational deflection of light, which for the case of a rotating black hole gives rise to a characteristic asymmetry in the direction perpendicular to the rotation axis. In order to find the shadow contour, the Hamilton-Jacobi formalism is used for each of the considered metrics to integrate the equations of motion for light. The theoretical curves obtained in this work can be used to compare observations of black holes for different theories of gravity. In particular, we consider black holes in general relativity surrounded by a transparent fluid with anisotropic pressure. We then study a family of metrics that includes examples arising from theories such as braneworld cosmologies, Horndeski gravity and scalar-tensor Einstein-Gauss-Bonnet gravity in 4 dimensions. Finally, we analyze the case of Einstein-Maxwell theory coupled to a dilatonic field. In these latter two cases we include the presence of a medium in a plasma state, which refracts the light rays depending on their frequency. In all the scenarios, given a shadow contour we define three geometric observables that characterize its shape and size, and we study their dependency on the parameters of each case.
Fil: Badía, Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.