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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Energy Extraction and Quasinormal Modes of Black Hole Binaries: An analytical and numerical study
LUCAS TIMOTHEO SANCHES
TESE
31/05/2023

Esta tese explora fenômenos clássicos em múltiplos modelos de binários de buracos negros utilizando técnicas numéricas, analíticas e semi-analíticas. Nosso estudo fornece percepções sobre a extração de energia, modos quasinormais e o espalhamento ondulatório ao redor de binários de buracos negros, e demonstra como a presença de um binário altera estes fenômenos quando comparados às suas contrapartidas na presença de um único buraco negro. O estudo desenvolve técnicas inovadoras e pacotes numéricos, incluindo uma técnica para o estudo da extração de energia no contexto de espaços-tempos gerais, um código baseado no Método da Iteração Assintótica para o cálculo de frequências quasinormais de espaços-tempos de buracos negros e um novo Thorn para o EinsteinTookit para a evolução numérica de um campo escalar superimposto em uma métrica de evolução dinâmica. Estes resultados demonstram aumento da eficiência da extração de energia na presença de um objeto secundário e o cálculo bem-sucedido de novas frequências para perturbações de spin 5/2 para o buraco negro de Schwarzschild. Descobertas preliminares do espalhamento de um campo escalar sem massa no binário do evento de colisão GW150914 demonstram percepções valiosas, mas estão sujeitas a mais testes e desenvolvimentos. Direções futuras de pesquisa incluem a incorporação da proposta de estudo do Processo de Penrose em espaços-tempos dinâmicos em simulações completamente dinâmicas, maior exploração da simulação numérica do campo escalar no topo do evento GW150914 e a inclusão de backreaction da métrica para o aumento do realismo das simulações. As contribuições dessa tese aumentam a confiança na precisão e no potencial de métodos numéricos para a resolução de novos problemas em modelos de binários de buracos negros.

Buracos Negros;Processo de Penrose;Extração de Energia;Modos Quasinormais;EinsteinTookit;Relatividade Numérica
This thesis explores classical phenomena in multiple models of black hole binaries using numerical, analytical, and semi-analytical techniques. Our study provides insights into energy extraction, quasinormal modes, and wave scattering around black hole binaries, and demonstrates how the presence of a binary alters these phenomena compared to their single black hole counterparts. The study develops innovative techniques and numerical packages, including a technique for studying energy extraction in the context of general spacetime metrics, an Asymptotic Iteration Method-based code for computing quasinormal frequencies of black hole spacetimes, and a new EinsteinToolkit Thorn for the numerical evolution of a scalar field superimposed on a dynamically evolving metric. The results demonstrate enhanced efficiency of energy extraction in the presence of a secondary object, and the successful computation of new quasinormal frequencies for spin 5/2 perturbations of a Schwarzschild black hole. Preliminary findings of the scattering of a massless field over the GW150914 binary collision demonstrate valuable insights but are subject to further testing and development. Future research directions include incorporating the proposed approach for studying the Penrose process in dynamic spacetimes into fully dynamical simulations, further exploring the numerical simulation of the scalar field on top of the GW150914 binary, and considering the backreaction of the spacetime metric to enhance the realism of the simulations. The thesis’s contributions enhance confidence in the accuracy and potential of numerical methods for addressing novel problems in binary black hole spacetime models. Keywords:
Black Holes;Penrose Process;Energy Extraction;Quasinormal Modes;EinsteinTookit;Numerical Relativity
1
160
INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
FIS - LUCAS TIMOTHEO SANCHE.pdf

Contexto

FÍSICA
GRAVITAÇÃO E COSMOLOGIA
-

Banca Examinadora

MAURICIO RICHARTZ
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
RODRIGO PANOSSO MACEDO Participante Externo
ERIK SCHNETTER Participante Externo
MAURICIO RICHARTZ Docente - PERMANENTE
RAISSA FERNANDES PESSOA MENDES Participante Externo
HELVI WITEK Participante Externo

Vínculo

Bolsa de Fixação
Instituição de Ensino e Pesquisa
Pesquisa
Sim
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