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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23072
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Simulações numéricas no formalismo BSSN em simetria esférica: colapso de um campo escalar e condições de calibre |
Título(s) alternativo(s): | Numerical simulations in BSSN formalism in spherical symmetry: collapse of a scalar field and gauge conditions |
Autor: | França, Karoline Aparecida Margarida Ferreira ![]() |
Primeiro orientador: | Oliveira, Henrique Pereira de |
Primeiro membro da banca: | Tonino, Maximiliano Ujevic |
Segundo membro da banca: | Rodrigues, Eduardo Lima |
Terceiro membro da banca: | Aranha, Rafael Fernandes |
Resumo: | Neste trabalho, apresentamos uma breve introdução ao formalismo 3+1 da teoria da Relatividade Geral (RG), com foco na decomposição das equações de Einstein e nas condições de calibre. Em seguida, introduzimos o formalismo Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura (BSSN) para a solução de um problema da RG no regime de campo forte. Este problema envolve um campo escalar auto-gravitante. Para a sua resolução, discutimos as bases teóricas e as vantagens do formalismo BSSN, incluindo sua aplicação em coordenadas esféricas. Derivamos as equações básicas para o campo escalar e focamos na análise do seu comportamento. Também investigamos o colapso gravitacional e as condições iniciais que implicam na dispersão do campo escalar no infinito. Além disso, apresentamos os métodos espectrais para a resolução numérica das equações, com foco no método Galerkin-Colocação. Realizamos experimentos numéricos para validar os códigos construídos com base no formalismo BSSN em simetria esférica, incluindo testes de convergência para diferentes condições de calibre. Ao final do trabalho, apresentamos as principais conclusões do estudo, destacando os resultados satisfatórios e as perspectivas futuras para a simulação de outros sistemas astrofísicos mais complexos. |
Abstract: | In this work, we provide a brief introduction to the 3+1 formalism of General Relativity (GR), focusing on the decomposition of Einstein’s equations and gauge conditions. Next, we introduce the Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura (BSSN) formalism for solving a problem in GR under strong-field conditions. This problem involves a scalar field without self-gravitating mass. To address it, we discuss the theoretical foundations and advantages of the BSSN formalism, including its application in spherical coordinates. We derive the basic equations for the scalar field and concentrate on analyzing its behavior. We also investigate gravitational collapse and the initial conditions leading to the dispersion of the scalar field at infinity. Additionally, we present spectral methods for numerically solving the equations, focusing on the Galerkin-Collocation method. We conduct numerical experiments to validate the codes built based on the BSSN formalism in spherical symmetry, including convergence tests for different gauge conditions. At the end of the work, we present the main conclusions of the study, highlighting satisfactory results and future prospects for simulating other more complex astrophysical systems. |
Palavras-chave: | General relativity (Physics) Einstein field equations Gauge fields (Physics) Scalar field theory Gravitational collapse BSSN formalism Spectral methods Relatividade geral (Física) Einstein, Equações de Campos de calibre (Física) Teoria de campos escalares Colapso gravitacional (Astronomia) Formalismo BSSN Métodos espectrais |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::RELATIVIDADE E GRAVITACAO |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Física |
Citação: | FRANÇA, Karoline Aparecida Margarida Ferreira. Simulações numéricas no formalismo BSSN em simetria esférica: colapso de um campo escalar e condições de calibre. 2024. 152 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23072 |
Data de defesa: | 17-Jun-2024 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Física |
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