Modos quasinormais e ecos gravitacionais em objetos compactos

• Ano de defesa: 2026
• Autor(a) principal: Oliveira, Vinícius Ramos Nunes de [UNESP]
• Orientador(a): Qian, Wei-Liang [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
• Palavras-chave em Português: Buracos negros (Astronomia); Astronomia; Ondas gravitacionais; Astrofísica; Relatividade geral (Física); Modos Quasinormais; Ecos Gravitacionais
• Palavras-chave em Inglês: Black Holes; Astronomy; Gravitational Waves; Astrophisics; General Relativity; Quasinormal Modes; Gravitational Echos; Regge-Wheeler
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/328455

Este trabalho consiste na investigação dinâmica de perturbações lineares do espaço-tempo de Schwarzschild por meio das equações de Regge-Wheeler e Zerilli, com ênfase na equação mestre de Regge-Wheeler e na função mestra Q(t, x) na coordenada tortoise. A pesquisa fundamenta-se na detecção histórica de ondas gravitacionais pelo LIGO em 2015 (GW150914), que inaugurou a era da astronomia multi-mensageira e confirmou a existência de sistemas binários de buracos negros, revelando a fase de ringdown — oscilações amortecidas que funcionam como assinatura característica desses objetos compactos, dependendo apenas de sua massa, carga e rotação, segundo o teorema no − hair. O objetivo principal consistiu em desenvolver e validar numericamente a evolução temporal da equação de onda efetiva para perturbações axiais e polares, assim como verificar o comportamento de seus potenciais efetivos. A metodologia envolveu o cálculo explícito dos símbolos de Christoffel para a métrica de Schwarzschild, a decomposição em harmônicos esféricos, a linearização das equações de Einstein, a fixação do gauge de Regge-Wheeler, a derivação das variações do tensor de Ricci e a resolução numérica via diferenças finitas, com condições iniciais representadas por um pulso gaussiano. Foram simuladas perturbações axiais (Regge-Wheeler) e polares (Zerilli, isoespectrais) para os canais L=2 e L=3. Os resultados revelam o comportamento trifásico clássico das perturbações, no qual uma das fases é o estado de ringdown, cujas oscilações são exponencialmente amortecidas. A inspeção qualitativa das formas de onda obtidas é compatível com os modelos fundamentais esperados para a métrica de Schwarzschild, validando a implementação numérica do esquema de diferenças finitas. Adicionalmente, a análise do valor absoluto da forma de onda revela modulações recorrentes no pós-ringdown, sugerindo a presença de ecos gravitacionais — fenômeno ausente na previsão padrão de Schwarzschild e que pode indicar reflexões em barreiras potenciais exóticas próximas ao horizonte, abrindo novas frentes para investigações a respeito de desvios da relatividade geral. Os resultados obtidos estabelecem uma base para futuras investigações sobre a dinâmica de buracos negros e posicionam a evolução temporal como uma ferramenta poderosa para sondar a física em regime de campo forte. As perspectivas de aplicação incluem a extensão do código para geometrias mais gerais, como as métricas de Kerr e Reissner-Nordström, e a preparação para a análise de sinais sintéticos visando aos observatórios de ondas gravitacionais da próxima geração (o LISA, para buracos negros supermassivos, e o Einstein Telescope). Concluindo, esta dissertação contribui para a compreensão da dinâmica de objetos compactos, unindo o formalismo matemático a simulações numéricas, e sinaliza caminhos para o estudo da física além do modelo convencional, essenciais para o futuro da astrofísica de ondas gravitacionais.