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Title: General Relativisti Study of the Stru ture of Highly Magnetized Neutron Stars
Authors: Troconis, Orlenys Natali
metadata.dc.contributor.advisor: Negreiros, Rodrigo
metadata.dc.contributor.members: Malheiro, Manuel
Duarte, Sérgio
Mintz, Bruno Werneck
Mendes, Raissa
Issue Date: 2018
Abstract: As estrelas de nêutrons são um dos objetos astrofísicos mais compactos e mais densos conhecidos na natureza. Estes resultaram da explosão da supernova de uma estrela massiva. A massa destes objetos situa-se entre uma e duas massas solares, normalmente tem raios de 10 km e muitas vezes giram rapidamente. Muitas das estrelas de nêutrons têm campos magnéticos intensos, que levam à emissão de rádio e radiação de raios-X. Essas características, juntamente com o progresso contínuo na astrofísica observacional e a observação recente de ondas gravitacionais provenientes da colisão de estrelas de nêutrons, tornam esses objetos poderosos laboratórios astrofísicos para uma ampla gama de fenômenos físicos interessantes. Este trabalho é dedicado a estudar os efeitos de campos magnéticos fortes na estrutura das estrelas de nêutrons, no âmbito da teoria da relatividade geral. O primeiro passo é estudar os aspectos formais do campo magnético na estrutura estelar e as equações do campo gravitacional usando duas abordagens diferentes, o que nos permite introduzir novas quantidades e sua possível interpretação física. O segundo passo é apresentar o teorema do virial relativista como uma integral que fornece uma verificação de consistência das soluções numéricas. Como terceiro passo, estudamos o formalismo teórico que descreve as estrelas de nêutrons com rotação não nula e altamente magnetizadas no contexto das equações de Einstein-Maxwell. Especificamente, para estrelas de nêutrons magnetizadas, estudamos campos magnéticos poloidais e configurações estáticas. São apresentadas as quantidades físicas relevantes que descrevem esses objetos e uma discussão sobre a contribuição da energia eletromagnética para a massa gravitacional. Finalmente, encontramos o espaço-tempo que descreve estrelas de nêutrons com rotação não nula e magnetizadas. A distribuição dos diferentes termos que contribuem para a massa gravitacional e a relação massa-raio é apresentada. Os resultados obtidos mostram que para estrelas com campo magnético central ~ 10 18 G os efeitos eletromagnéticos incrementam a massa em um 10.1% em relação à configuração sem campo magnético. Os estudos realizados neste trabalho são fundamentais para a compreensão dos objetos astrofísicos conhecidos como Soft-Gamma Repeaters e Anomalous X-Ray Pulsars, que são entendidos como sendo uma classe de estrelas de nêutrons chamadas de magnetares.
metadata.dc.description.abstractother: Neutron stars are one of the most compact and densest astrophysical objects known in nature, they result from the supernova explosion of a massive star. The mass of these objects lies between one and two solar masses, they typically have radii of 10 km and often spin very rapidly. Many of the neutron stars have very strong magnetic fields, which lead to the emission of radio and X-ray radiation. The density inside these objects is many times higher than the density of atomic nuclei. These features, together with the ongoing progress in observational astrophysics and the recent observation of gravitational waves coming from the collision of neutron stars, make these objects superb astrophysical laboratories for a wide range of interesting physical phenomena. This work is devoted to study the effects of strong magnetic fields in the structure of neutron stars, within the framework of the general relativity theory. Thefirst step is to study the formal aspects of the magnetic field in the stellar structure and gravitational equations using two different approaches, which allow us to introduce new quantities and their possible physical interpretation. The second step is to present the relativistic virial theorem as an integral that provides a consistency check of numerical solutions. As third step, we study the theoretical formalism describing rotating and highly magnetized neutron stars within the context of Einstein-Maxwell's equations. Specifically, for magnetized neutron stars, we study poloidal magnetic fields and static configurations. The relevant physical quantities describing these objects are presented and a discussion about the contribution of the electromagnetic energy to the total gravitational mass. Finally, we find the spacetime describing rotating and magnetized neutron stars. The distribution of the different terms that contribute to the total gravitational mass and the mass-radius relation is presented. The results show that for stars with magnetic field ~ 10 18 G the electromagnetic effects increase the mass in 10.1% with respect to the configuration without magnetic field. The studies performed in this work are key for the understanding the astrophysical objects known as a Soft-Gamma Ray Repeaters and Anomalous X-Ray Pulsars, which are understood as being one class of neutron stars called as magnetars.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/7693
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