Investigaciones sobre agujeros negros en gravedad modificada

• Autores: López Armengol, Federico Gastón
• Año de publicación: 2019
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Romero, Gustavo Esteban
• Materia: Ciencias Astronómicas; Estrellas; Agujeros negros; Gravedad Alterada
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

En esta tesis abordamos el problema de la materia oscura, analizando las predicciones de una nueva teoría para la interacción gravitatoria con la que se proclama no requerir materia oscura para explicar las observaciones. Esta teoría, formulada por John Moffat en el año 2006, se denomina Teoría Escalar-Tensorial-Vectorial de la Gravitación (STVG por sus siglas en inglés). Debido a que la teoría ya fue ampliamente explorada en regímenes de gravedad débil, como el Sistema Solar o las fronteras galácticas, y debido a los avances recientes en modelos y observaciones de sistemas físicos en regímenes de gravedad fuerte, decidimos explorar la teoría en este último régimen. En una primera aplicación, construimos modelos de estrellas de neutrones y encontramos que STVG admite masas totales mayores que la Teoría de la Relatividad General (GR por sus siglas en inglés). Luego, estudiamos la cinemática modificada de partículas que conforman jets relativistas desde núcleos galácticos activos y encontramos que las desviaciones de GR son útiles para estimular la aceleración y colimación de estos jets. También, construimos modelos de discos de acreción geométricamente delgados y ópticamente gruesos alrededor de agujeros negros en STVG, descubriendo que estos resultan más fríos y menos luminosos que en el caso de GR. Consideramos que estos resultados son atractivos pero, dado el éxito de GR en modelar las observaciones recientes en regímenes de gravedad fuerte, no son superadores. Más allá de las aplicaciones físicas, criticamos algunos de los fundamentos de STVG y sugerimos lineamientos para corregirlos. Estas críticas se basan en el Teorema de Bekenstein, el acople de nuevos campos gravitacionales a la materia, las ondas gravitacionales recientemente detectadas, y el principio de equivalencia débil.
We face the dark matter problem, analyzing the predictions of a new theory for the gravitational interaction about which is it claimed that it does not require dark matter to explain astronomical phenomena. This theory, formulated in 2006 by John Moffat, is called Scalar-Tensor-Vector Gravity (STVG). Since this theory has been extensively explored in the weak field regime, like the Solar System and the outer boundaries of galaxies, and because there were recent developments of modelling and observing physical systems in the strong gravity regime, we choose to explore STVG in this latter regime. In a first physical application, we build models of neutron stars in STVG, finding that this theory admits larger total masses than General Relativity (GR). Then, we investigate the modified kinematics of particles that constitute astrophysical jets from active galactic nuclei. We find these deviations from GR useful in stimulating the aceleration and collimation of such jets. We also build models for geometrically thin but optically thick accretion disks around black holes in STVG, finding that they are colder and less luminous than in the case of GR. We consider these results atractive but, given the success of GR in modelling recent observations of strong gravitational systems, we do not consider these results to be overcoming. Beyond physical applications, we criticize the foundations of STVG and we suggest plans for modifing them. These critiques are based on the Bekenstein Theorem, the coupling of new gravitational fields to matter, the recent detection of gravitational waves, and the weak equivalence principle.
Doctor en Astronomía
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas