8. Inestabilidades y regi´ on de violaci´ on cronol´ ogica
9.4. Diferencias observacionales entre agujeros negros y singularidades desnudas
9.4.4. An´alisis de las propiedades de discos de acreci´on
Estudiar diferencias entre los discos de acreci´on formados alrededor de agujeros negros y otro tipo de alternativas te´oricas para modelar objetos compactos, como las singularidades desnudas, es relevante. Esto se debe a que dichas diferencias podr´ıan brindar herramientas para diferenciar su naturaleza desde un punto de vista observacional. Si bien la din´amica dentro de un disco de acreci´on es extremadamente compleja, las trayectorias circulares ecuatoriales son un ingrediente clave en modelos m´as realistas para este tipo de objetos. Siguiendo este modo de pensamiento (presentado en [112], aunque para una mirada m´as moderna se refiere al lector al trabajo [113] y citas all´ı realizadas), se estudiaron estas ´orbitas en un espaciotiempo de Kerr sin realizar ninguna restricci´on sobre el par´ametro de rotaci´on. Recientemente, se present´o un an´alisis comparativo de las propiedades de discos de acreci´on formados en torno a agujeros negros y singularidades desnudas [114].
Uno de los motivos para realizar estudios relacionados con discos de acreci´on formados en torno a objetos ultra compactos es que se cree que los mismos pueden servir como explicaci´on para el fen´omeno, no del todo comprendido, de la generaci´on de chorros relativistas. Este tipo de fen´omenos s´uper energ´eticos aparecen en diversos escenarios astron´omicos y con una muy amplia escala de tama˜nos, yendo desde los n´ucleos de galaxias activas hasta el fen´omeno de los microcu´asares asociados con objetos compactos de masas estelares. Una serie de autores (ver por ejemplo [115]) propone la relaci´on disco-chorro como una explicaci´on a la formaci´on de chorros relativistas. Algunos puntos centrales que queremos mencionar y que, son utilizados como argumentos que favorecen esta relaci´on, son los siguientes:
Existen evidencias de que el mecanismo de formaci´on de un chorro relativista es el mismo en un gran espectro de objetos, desde enanas marrones hasta estrellas de gran masa (ver por ejemplo [116]). La rotaci´on del chorro y la del disco parecen estar asociadas (ver por ejemplo [118]).
Existen evidencias de que la tasa de acreci´on de materia y la de emisi´on por el chorro relativista son proporcionales. Las mismas se han obtenido a partir de observaciones realizadas sobre una gran variedad de sistemas (ver por ejemplo [117]).
Simulaciones num´ericas muestran que el campo magn´etico anclado a un disco de acreci´on sirve para acelerar y colimar chorros relativistas (ver por ejemplo [119].
Dos de los mecanismos m´as aceptados que logran explicar los requerimientos energ´eticos involucrados en la generaci´on de un chorro relativista (en los que la materia puede ser acelerada de modo que su factor de Lorentz sea∼100), se basan en la extracci´on de energ´ıa de rotaci´on de un agujero negro de Kerr. Penrose desarroll´o el mecanismo que ahora se denomina Proceso de Penrose [120], luego generalizado para el caso en que se encuentran presentes campos de inducci´on magn´etica (Proceso de Penrose Magn´etico) [121]. Roger David Blandford y Roman L. Znajek desarrollaron lo que hoy se conoce como mecanismo de Blandford- Znajek [122]. Tambi´en se desarroll´o el modelo de aceleraci´on de Fermi (ver, por ejemplo, [123] y referencias all´ı mencionadas). Todos estos mecanismos son capaces de dar una explicaci´on a aspectos asociados con la f´ısica de chorros relativistas.
La procesos f´ısicos que ocurren en un disco de acreci´on son una combinaci´on no lineal de fen´omenos propios de fluidos viscosos turbulentos, radiaci´on y aspectos propios de una teor´ıa de la gravitomagnetohidrodin´amica. Sin embargo, un estudio simple de ´orbitas circulares ecuatoriales puede ser de gran utilidad ya que a´un en modelos m´as complejos las mismas juegan un rol relevante.
120 CAP´ITULO 9. EVIDENCIAS OBSERVACIONALES DE AGUJEROS NEGROS
Un fen´omeno asociado tanto con discos de acreci´on como con objetos compactos es el de los campos de inducci´on magn´etica. Es por esto que resulta v´alido preguntarse qu´e tipo de efectos potencialmente observables y que permitan diferenciar entre diversos modelos te´oricos produce la combinaci´on objeto s´uper compacto - disco de acreci´on - campo de inducci´on magn´etica externo. Previo a los trabajos cuyos resultados se presentan en esta tesis, no exist´ıan estudios que abordasen esta problem´atica siguiendo nuestro enfoque de trabajo, es decir, relajando la restricci´ona≤1 en el espaciotiempo de fondo y estudiando las propiedades t´ermicas de discos de acreci´on. Exist´ıan, sin embargo, trabajos que estudiaban los efectos que produce, sobre ´orbitas ecuatoriales circulares de part´ıculas cargadas el´ectricamente, la presencia de un campo de inducci´on magn´etica externo uniforme [124] y dipolar [125] en un espaciotiempo de fondo de Kerr cuando el mismo describe un agujero negro.
Cap´ıtulo 10
Efecto del campo magn´etico sobre
part´ıculas cargadas en el
espaciotiempo de Kerr
En este cap´ıtulo, presentaremos resultados que pueden considerarse de utilidad a la hora de buscar evidencias observacionales que favorezcan (o no) la conjetura de censura c´osmica.
A la fecha de presentaci´on de esta tesis, el autor de la misma no est´a al tanto de que existan observaciones
directasde la existencia de un horizonte de eventos en los objetos ultra compactos de los que se tienen indicios observacionales. Como se mencion´o, cualquier observaci´on en esta direcci´on favorecer´ıa el actual paradigma de agujero negro frente a otros modelos te´oricos y realizar´ıa, por lo tanto, un aporte fundamental a la pregunta de validez o no de la conjetura d´ebil de censura c´osmica en ambientes astron´omicos. Siguiendo esta l´ınea de razonamiento, el desarrollo de modelos te´oricos que provean diferencias potencialmente observables entre los diferentes candidatos a modelar objetos compactos es importante para atacar este interrogante.
En este cap´ıtulo estudiaremos el comportamiento de las geod´esicas circulares de part´ıculas masivas car- gadas en un espaciotiempo de Kerr que se encuentra inmerso en un campo de inducci´on magn´etica externo. Esto permitir´a analizar el comportamiento general de las mismas y estudiar, de forma espec´ıfica, los efectos sobre la posici´on de la ´ultima ´orbita circular estable, que se encuetra, potencialmente, ligada a la capacidad del sistema objeto compacto - disco de acreci´on de generar un chorro relativista. Adem´as, conocer estas tra- yectorias es imprescindible para realizar modelos simples de discos de acreci´on con haremos en elCap´ıtulo 11
de esta tesis.
En la literatura actual pueden encontrarse trabajos que estudian las diferencias en las geod´esicas circulares y ecuatoriales entre los reg´ımenes del espaciotiempo de Kerr cuando ´este deja de representar un agujero negro para describir un objeto desprovisto de horizonte de eventos. Tambi´en se han realizado estudios de como son afectadas las trayectorias circulares y ecuatoriales de part´ıculas cargadas en torno a un agujero de negro de Kerr cuando este se encuentra inmerso en un campo de inducci´on magn´etica externo. En esta tesis, extendimos estos resultados y analizamos los efectos que se producen al estudiar la familia completa de soluciones de Kerr, buscando posibles diferencias observacionales.
Los resultados que pasan a exponerse fueron presentados en [126] y utilizados en [127].