Dissertations / Theses on the topic 'Agujeros negros'

Doctor en Ciencias con mención en Física
En esta tesis se analizan ciertas teorías de gravitación, las cuales son seleccionadas al exigir que posean un único vacío de anti-de Sitter, con una constante cosmológica fija. Para una dimensión d, los Lagrangianos son rotulados por un número entero k=1,2, .... Es posible mostrar que existen agujeros negros pra cada valor de d y k, y estas soluciones se usan para clasificar las teorías mencionadas anteriormente. Se predice un mínimo radio posible para una fuente localizadas de materia con carga eléctrica para todas las teorías, excepto Relatividad General. El comportamiento termodinámico se divide en dos casos. Si d=2k+1, estas soluciones son análogas al aguejro negro en tres dimensiones; y en los otros casos, su comportamiento es análogo a la geometría de Schwarzschild-AdS4. Para las teorías mencionadas anteriormente, se presenta el tratamiento Hamiltonianio para el colapso gravitacional de cáscaras delgadas. Este formalismo permite un análisis conciso de estas teorías. Se encuentra que, en general, pueden formarse agujeros negros a través del colapso de una cáscara mediante este mecanismo. La teoría de CS es un caso excepcional, debido a que se pueden formar singularidades desnudas a partir del colapso de una cáscara y no posee una autointeracción gravitacional análoga a la ley de gravitación de Newton
Gravitation theories selected by requiring that they have a unique anti-de Sitter vacuum with a fixed cosmological constant are studied. For a given dimension d, the Lagrangians under consideration are labeled by an integer k=1, 2, ...,. Black holes for each d and k are found and are used t orank these theories. A minimun possible size for a localized electrically charged source is predicted in the whole set of theories, except General Relativity. It is found that the thermodynamic behavior falls into two classes: If d=2k+a, the4se solutions resemble the three dimensional black hole; otherwise, their behavior is similar to the Schwarzschild-AdS4 geometry. For the theories mentioned above, a Hamiltonian treatment for the gravitational colapse of thin shells is presented. The formalism allows a concise analysis for those theories. It is found that, in general, black holes can be created by colpasing thin shells, and naked singularities cannot formed by this mechanism. The Chern-Simons theory is an exceptional case, because naked singularities can emerge from colapsing thin sells and it do not posses a gravitational self-interaction, as in the Newtonian case.

Doctor en Astronomía
La variabilidad de los núcleos activos de las galaxias (AGNs) es un fenómeno bien establecido, el cual puede ser observado en un amplio rango del espectro electromagnético; desde longitudes de onda en radio hasta los rayos-Gamma. La variabilidad de los AGNs ha sido utilizada como una herramienta para estimar algunas propiedades de los agujeros negros, como los tama nos de las regiones donde se origina la emisión y la masa de los agujeros negros. Sin embargo, los mecanismos que originan la variabilidad, o su conección con parámetros que gobiernan la física de los AGNs, son todavía áreas de investigación con preguntas abiertas. La propiedad de los AGNs de variar su luminosidad en función del tiempo parece ser una herramienta muy prometedora para seleccionarlos. Por ejemplo, Butler & Bloom (2011), Palanque-Delabrouille et al. (2011), y m´as recientemente Graham et al. (2014) han demostrado que utilizando la variabilidad de los QSOs como método de selección puede aumentar hasta en un 90% el número de candidatos a QSOs que presentan colores ópticos similares a los de las estrellas, y por lo tanto son QSOs muy difíciles de identificar utilizando solo fotometría óptica y los métodos de selección tradicionales. Con el objetivo de aportar al estudio de la variabilidad de los agujeros negros hemos desarrollado una búsqueda de AGNs. Dicha búsqueda monitorea, noche tras noche, campos extragalácticos que han sido observados y estudiados en prácticamente todo el espectro electromegnético. Para realizar el monitoreo se utilizó la cámara QUEST instalada en el telescopio ESO Schmidt en El Observatorio La-Silla. Este es uno de los telescopios Schmidt más grandes en el hemisferio austral, y esta situado en un sitio excelente caracterizado por buen seeing y cielos oscuros. Además, la cámara QUEST cubre una importante región del cielo (3.6◦ × 4.6◦), conviertiéndola en un instrumento ideal para este tipo de estudios. Como parte de esta tesis se caracterizo el instrumento. Lo que implica entender el sistema fotométrico y evaluar la calidad de la astrométria. Además, utilizando observaciones del campo COSMOS, obtenidas entre el 2010 y el 2012, se estudio la variabilidad óptica de fuentes de rayos-X ya identificados como AGNs. Se encontró que el 80% ±5% de los QSOs o AGNs de lineas anchas son variables, además de que un 21% ±8% de los AGNs de lineas angostas también presentan variabilidad óptica. Por otro lado, un 22% ±9% de las galaxias, detectadas en observaciones del satélite XMM-Newton en Rayos-X, muestran variabilidad. Finalmente, haciendo uso de la variabilidad óptica de los QSOs y de fotometría obtenida del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) se desarrollo y entreno un algoritmo basado en redes neuronales para seleccionar QSOs. De un total de 13, 740 objetos con fotometría del SDSS en el campo COSMOS, y observados en mas de 30 épocas por un periodo de más de 600 días con la cámara QUEST, se encontraron 341 candidatos a QSOs. De estos 106 ya han sido identificados spectroscópicamente por otros investigadores. Notablemente, se encontraron 109 candidatos con colores u − g >0.7 los cuales difícimente podrían ser identificados utilizando solo colores ópticos, debido a que sus colores ópticos son similares a los de las estrellas. Además, estos últimos candidatos son probablemente QSOs a z >2.5, como resultado se incremento significativamente el número de candidatos a alto redshift en esta región del cielo.

El documento digital no refiere un asesor
Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Estudia la métrica de McVittie para el caso plano. Eso requiere de un desarrollo de la relatividad general y la cosmología. Estudia los agujeros negros, en donde deduce la métrica planteada por Karl Schwarzschidl, bajos las mismas consideraciones, métrica estática y con un parámetro distinto a las coordenadas que es la masa; también, realiza una transformación de coordenadas que conduce a versión isotrópica de la métrica de Schwarzschild.
Tesis

The main objective of this thesis is to understand from a microscopic point of view some of the characteristic phenomena of rotating black holes. The inclusion of rotation gives rise to physics that allows a more precise and detailed understanding of the microscopic string theory of black holes. In this thesis we focus on two models of particular interest: one is based on the D0-D6 system and the other on the D1-D5-P system. The former is interesting because, through its connection to M-theory, it yields a statistical-mechanics description of neutral black holes. The latter allows to have better control over the microscopic conformal field theory and yields a cleaner picture of the origin of superradiance. We extend the microscopic analysis of extremal dyonic Kaluza-Klein (D0-D6) black holes to cover the regime of fast rotation in addition to slow rotation. Fastly rotating black holes, incontrast to slow ones, have non-zero angular velocity and possess ergospheres, so they are more similar to the Kerr black hole. The D-brane model reproduces their entropy exactly, but the mass gets renormalized from weak to strong coupling, in agreement with recent macroscopic analyses of rotating attractors. We discuss how the microscopic model accounts for the fact that fastly rotating extremal KK black holes possess an ergosphere and exhibit superradiance while slow ones don't. In addition, we show in full generality how Myers-Perry black holes are obtained as a límit of Kaluza-Klein black holes, and discuss the slow and fast rotation regimes and superradiance in this context. A, perhaps surprising, consequence of our analysis is that both slowly and fastly-rotating KK black holes provide microscopic accounts of the entropy formula of MP black holes, even if they correspond to rather different microscopic states. As we discuss, this does not pose any problem, since the microscopic theory always retains a memory of how the 5D black hole is embedded within Taub-NUT. For a more detailed and quantitative study of black hole superradiance from the stringy microscopic side, we consider the D1-D5-P system. In order to disentangle superradiance from finite-temperature effects, we consider an extremal, rotating D1-D5-P black hole that has an ergosphere and is not supersymmetric. We explain how the microscopic dual accounts for the superradiant ergosphere of this black hole. The bound 0 < ω < mΩH on superradiant mode frequencies is argued to be a consequence of Fermi-Dirac statistics for the spin-carrying degrees of freedom in the dual CFT. We also compute the superradiant emission rates from both sides of the correspondence, and show their agreement. This is an extension of previous analyses of radiation from the D1-D5-P black holes. We generalize those results to include momentum for the bulk scalar. It would be interesting to extend our picture for superradiance to the smooth SUGRA solitons with D1-D5-P charges which correspond to CFT states such that both sectors are in pure states. Another issue to be investigated would be the absence of fermionic superradiance emission by the previously considered systems with ergoregion.
L'objectiu principal d'aquesta tesi és comprendre des d'un punt de vista microscòpic alguns dels fenòmens característics dels forats negres amb rotació. Ens centrem en forats negres amb rotació, extremals, però no supersimètrics. Aquesta mena de solucions són les més adequades per al nostre propòsit. A diferència del cas supersimètric, presenten una ergosfera i, per tant, s'hi pot produir el fenomen de la superradiància. Però, en tenir temperatura nul·la aquest fenomen no apareix “barrejat” amb la radiació de Hawking d'origen purament tèrmic. Alhora, aquestes geometries extremals també preserven el nombre de microestats en passar d'acoblament feble a acoblament fort. La primera part de la tesi, se centra en l'estudi microscòpic de l'entropia dels forats negres de Kaluza-Klein amb rotació. Aquesta família de solucions, presenta dos límits extremals: el de “rotació lenta” i el de “rotació ràpida”. Treballs anteriors ja havien aconseguit reproduir l'entropia del primer cas. Aquí, estenem aquest càlcul al límit extremal amb rotació ràpida. Alhora, mostrem que el fenomen de la superradiància es pot explicar de manera anàloga a la radiació de Hawking, en termes de dues excitacions que xoquen i provoquen l'emissió d'una corda tancada. En aquest cas, aquest mode emès té necessàriament un moment angular diferent de zero. A la segona part, ens centrem en aquesta interpretació microscòpica de la superradiància amb un tractament més quantitatiu. En aquest cas, considerem les solucions extremals no supersimètriques del sistema D1-D5-P amb rotació. A partir de la seva descripció microscòpica, aconseguim reproduir la condició de superradiància ω < mΩH i mostrem que es pot entendre com a conseqüència de l'estadística de Fermi-Dirac. També avaluem els ritmes d'emissió de superradiància des del punt de vista macroscòpic i microscòpic i analitzem si concorden.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Desarrolla la estadística usual de una distribución gaussiana usando el corrimiento al azul (blue spectra) ns > 1 para poder limitar el índice espectral ns usando agujeros negros primordiales (PBHs), luego se asumió las fluctuaciones primordiales no gaussianas y describimos un procedimiento general usando conteo numérico de algún objeto para limitar la probabilidad de distribución de las fluctuaciones primordiales. Se aplicó este procedimiento para usar límites sobre la abundancia de agujeros negros primordiales y minihalos ultracompactos de materia oscura (UCMHs) para caracterizar la estadística permitida de fluctuaciones primordiales en pequeñas escalas. Se presentí las limitaciones en el power spectrum y la amplitud de la suavización para dos diferentes familias de distribución no gaussiana distinguida por la relativa importancia de altos momentos. A pesar de que los agujeros negros primordiales son una prueba de pequeñas escalas, los minihalos ultracompactos de materia oscura proveen fuertes límites significativos en el power spectrum y así son más probables eventualmente para proveer límites en pequeñas escalas de no gaussianidad.
Tesis

En esta tesis utilizamos los instrumentos de altas energías del satélite INTEGRAL para hacer espectroscopía y la cámara OMC para hacer fotometría de dos tipos diferentes de objetos celestes emisores de rayos X. INTEGRAL permite obtener la espectroscop´ıa en rayos X y γ (cubriendo un rango espectral de 3–8000 keV) y OMC es una cámara CCD que opera en el filtro V de Johnson, capaz de proporcionar una monitorización continua de las fuentes científicas incluídas en el OMC Input Catalogue. La capacidad de hacer espectroscopía nos permitió el estudio de la emisión de alta energía de dos sistemas transitorios con agujero negro (i.e. GRO J1655–40 y GX 339–4) dando nuevas pistas acerca de la física de los procesos de emisión en alta energía (rayos X y γ) de este tipo de objetos. OMC, el monitor óptico a bordo del satélite INTEGRAL, nos permitió hacer un análisis multi-longitud de onda de TYC 2675- 663-1, desvelando que se trata de un sistema binario con propiedades dominadas por acreción. Mientras que el estudio de los sistemas transitorios con agujero negro estudiados en esta tesis corresponden a observaciones dedicadas tras la aceptación de un programa de observación, TYC 2675- 663-1 corresponde a parte de un programa de ciencia serendípita. En esta tesis se presenta el descubrimiento de 3 nuevos sistemas binarios (TYC 2675 663 1, TYC 237 363 1 y HD 86222) en base a sus propiedades fotométricas, todos mostrando emisión en rayos X blandos ya que pertenecen al catalogo ROSAT. Para dos de estos sistemas, la emisión en rayos X es la esperada en estrellas de rotación rápida y debido a actividad cromosférica. Para TYC 2675- 663-1 la situación es diferente ya que se detectó un exceso en la emisión en rayos X blandos de ≈50%. Se inició una campaña fotométrica y espectroscópica para desvelar el origen de este exceso y la naturaleza de ambas componentes del sistema binario. Como resultado, se detectaron un pronunciado efecto O-Connell, comportamiento errático en forma de erupciones y la presencia de mínimos asimétricos y diferentes máximos ocasionalmente en la curva de luz. La espectroscopía permitió detectar emisión notable y ensanchada de las líneas Hα y He I con perfil P Cygni. Esto es debido a procesos de acreción y a la presencia de vientos estelares notables en el sistema binario. Todas estas propiedades llevan a pensar que este sistema es un candidato a sistema de tipo Algol, presentando cambios drásticos y que podría convertirse en un sistema cataclísmico en el futuro. Finalmente, actividad en forma de erupciones en rayos X es probable que suceda en este sistema.

In this thesis we present a new aspect pertaining to the effective field theory of general relativity in the limit of a large number D of dimensions. We demonstrate that the theory initially developed to capture the physics of asymptotically flat branes also contains a new family of localized solutions that can be identified with higher dimensional black holes such as the Schwarzschild-Thangerlini or the Myers-Perry black holes in the limit of a large number of spacetime dimensions. Using this technique we have explored several new aspects of these black hole solutions. We show that the effective large D equations for the asymptotically flat brane also contain an analytic solution that is a gaussian blob (with the same topology as the flat membrane). The blob actually corresponds to a magnification of the geometry near the cap (north-pole) of the black hole. We calculate their (slow) quasi-normal spectrum, which captures the stability of Schwarzschild black holes and also the instability of ultraspinning Myers-Perry black holes. Additionally we find novel class of rotating black bar solutions, that appear as stationary objects in the effective theory since they can not radiate gravitational waves which are decoupled from the effective theory. We describe a method that allows to construct (Maxwell) charged solutions form every non- charged solution that the large D theory contains. Using this method we construct charged and rotating black holes in the Einstein-Maxwell theory. Furthermore we explore the solutions that branch of from the (ultra-spinning) Myers-Perry (MP) black hole and the non-linear extensions of the zero-modes of the analytically known black bar. We study the evolution of higher dimensional black hole collisions by solving numerically the effective equations of motion. We demonstrate that in these collisions it is possible to form black holes with elongated horizons such as black bars and dumbbells. At high enough angular momentum the black bars and dumbbells can be so elongated that they are susceptible to a Greggory-Laflamme type instability, that leads to the a pinch off of the horizon towards a naked singularity. Accordingly this demonstrates a novel example of a violation of weak cosmic censorship in the quintessential process of general relativity: the collision of black holes. Furthermore we study the evolution and decay of ultraspinning MP black holes, and observe remarkably rich structure in the intermediate states of the decay. Lastly, we study how entropy production and irreversibility appear in the large D effective theory. With this tool we study how black hole entropy is generated in several highly dynamical processes, such as the fusion of black holes and the fission of unstable solutions into multiple black holes. We find the black hole fusion is highly irreversible, while fission which follows the decay of unstable black strings generates much less entropy. Additionally we describe how in processes that contain fusion and fission the intermediate state is quasi-thermalized.
En esta tesis hemos presentado un nuevo aspecto perteneciente a la teoría efectiva de la relatividad general en el límite de un gran número de dimensiones. Hemos demostrado que la teoría desarrollada inicialmente para capturar la física de las branas asintóticamente planas también contiene una nueva familia de soluciones localizadas que pueden ser identificadas con agujeros negros de dimensiones más altas como los agujeros negros de Schwarzschild- Thangerlini o de Myers-Perry en el límite de gran D. Usando esta técnica hemos explorado varios aspectos nuevos de dichos agujeros negros. Encontramos una nueva clase de soluciones de barras negras giratorias, que aparecen como objetos estacionarios en la teoría efectiva Describimos un método que permite construir soluciones cargadas a partir de cada solución no cargada. Usando este método construimos agujeros negros cargados y giratorios en la teoría de Einstein-Maxwell. Estudiamos la evolución de las colisiones de agujeros negros en dimensiones superiores usando las ecuaciones efectivas. Demostramos que en estas colisiones es posible formar agujeros negros con horizontes alargados como barras negras o con forma de mancuernas. Con un momento angular lo suficientemente alto, las barras negras pueden ser tan alargadas que son susceptibles a una inestabilidad tipo Greggory-Laflamme, que lleva a una rotura del horizonte y a una singularidad desnuda. Por consiguiente, esto demuestra un ejemplo novedoso de una violación de la hipótesis de 'cosmic censorship' (censura cósmica). Además estudiamos la evolución y el decaimiento de los agujeros negros MP ultraspinning, y observamos una estructura notablemente rica en los estados intermedios del decaimiento.

However successful classical general relativity is, it faces non-normalizability problems at the quantum mechanical level. Nevertheless, it predicts the existence of black holes, which are thermal objects that are expected to still exist in a satisfactory theory of quantum gravity. This is one of the main reasons why black holes are important. String theory is considered, today, to be the most successful candidate for a quantum theory of gravity. Its mathematical consistency requires spacetime to have ten dimensions, and thus, it motivates the study of general relativity, and in particular, black holes, in higher dimensions. This is the main focus of our thesis. Moreover, the advent of the AdS/CFT correspondence, relating a theory of gravity to a quantum field theory in one less dimension have raised even more the interest in higher dimensional gravity. Compared to four-dimensional general relativity, which has been largely studied and investigated in the past years, general relativity in higher dimensions has many interesting and new features. Uniqueness is one property of four dimensional general relativity that does not continue to hold in higher dimensions. Another related property is that in four dimensions black holes can have horizons of a spherical topology only, while in higher dimensions black objects can have other topologies as well. Black rings are a manifestation of this. The last two new properties lead to topological phase transitions in the phase space of higher dimensional black holes, which is one of the topics we consider and touch upon in this thesis. The existence of extended black objects in higher dimensions, called black “p”-branes, is an important and fundamental issue. Those objects were found to be dynamically unstable. Therefore, the following of this instability has become an important problem. What is the end state of it?. This instability is known as the Gregory-Laamme instability and it is another topic we investigate in our thesis and which we relate to a type of fluid-gravity correspondence in at spacetime. The existence of black “p”-branes is attributed to the fact that in higher dimensional general relativity there are black holes that can rotate as fast as one wishes. That is, there is no analogue of the four-dimensional Kerr bound which prevents black holes from spinning very fast. The fast rotation, on the other hand, which is possible in higher dimensions has the effect that it makes the horizon of the black hole flattens along the rotation plane, and hence, in the limit it approaches the black “p”-brane geometry. In chapter [3] we give a short introduction to the blackfolds approach to higher dimensional black holes. We discuss the reasons that make new approximate methods available in higher dimensions. We introduce the basic objects, or the building blocks, of the approach, which are the boosted black “p”-branes, and explain how the blackfolds approach can be used to construct from them new stationary solutions to the gravitational field equations with new and novel topologies and how it can be used to construct dynamical solutions as well. In chapter [4] we give a brief introduction to the topic of topology change in general relativity. We discuss the Kaluza-Klein black hole phases, the homogeneous black string phase, the inhomogeneous black string phase and the localized black hole phase. We explain the mechanism under which a topological phase transition appears as one moves in the phase space from a black string to a localized black hole. In chapter [5] we managed to formulate a type of fluid-gravity correspondence in at space. We found a map between a fluctuating boosed black “p”-brane and a relativistic viscous fluid living at spatial infinity. That is, we constructed a solution to the vacuum Einstein equations of a dynamical black “p”-brane up to first order in derivatives. The dual viscous fluid is characterized by two parameters (transport coefficients) in the stress tensor - the shear and bulk viscosities. Using the gravitational solution we succeeded to compute those coefficients. Furthermore, by using the effective description of the black “p”-brane as a viscous fluid in a lower number of dimensions we studied the Gregory-Laamme instability and we found a striking agreement with the numerical results, already obtained, on this problem (which were obtained by analyzing the linearized gravitational equations). In more details, by including the damping effect of the viscosity in the unstable sound waves, we obtained a remarkably good and simple approximation to the dispersion relation of the Gregory-Laamme modes, whose accuracy increases with the number of transverse dimensions. We proposed an exact limiting form as the number of dimensions tends to infinity. Hence, instead of attacking the complicated (linearized) gravitational equations we propose instead to attack the relativistic Navier-Stokes equations of the effective (dual) fluid, as they are much simpler than the former. In chapter [6] we tackled and made progress in a different problem - topology change in higher dimensional general relativity. Before the advent of our work there had been no analytical (but only numerical) complete example of a topological phase transition in general relativity. The black string / black hole phase transition in Kaluza-Klein spaces was analyzed and studied only numerically. Neverthelss, some local models had been obtained analytically. It was argued that the phase transition passes through (or is mediated by) a singular critical configuration; a self-similar double cone geometry. This geometry was found only locally, though. In our work we have provided for the first time a complete analytical example of a topological phase transition. We took the rotating black hole inside de-Sitter space (the Kerr-de-Sitter black hole), and we showed that if one follows a trajectory in the phase space of solutions along which the black hole rotation is increased then it will pancake along the rotation plane, and finally it will touch the de-Sitter horizon along that plane. A merger transition is obtained if one continues to move along the same phase space trajectory, leading to a merged phase with a single connected horizon. In our example, the critical configuration (in which the two horizons just meet) is mediated by a self-similar double cone, thus confirming previous propositions of the mechanism under which topological transitions work. We also described local models for the critical geometries that control many transitions in the phase space of higher-dimensional black holes, such as the pinch-down of a topologically spherical black hole to a black ring or to a black p-sphere, or the merger between black holes and black rings in black Saturns or di-rings in D >/= 6. It is worth mentioning, in addition, that the cones we have found are general ones (compared to previously known ones), in the sense that they describe two horizons that intersect each other at different temperatures, not only ones that intersect each other with the same temperature. However, in the case the two horizons intersect at different temperatures, there can be no merger transition afterwards, and so the trajectory of solutions in the phase space ends there.
Malgrat el seu èxit a nivell clàssic, la relativitat general s'enfronta a problemes de no-renormalitzabilitat a nivell quàntic. No obstant, prediu l'existència de forats negres, que són objectes tèrmics que s'espera que continuïin existint en una teoria satisfactòria de gravetat quàntica. La seva consistència matemàtica requereix que l'espai-temps tingui deu dimensions, i d'aquesta manera motiva l'estudi de la relativitat general, i en particular els forats negres, en dimensions altes. Aquest és el tema central de la nostra tesi. A més, l'adveniment de la correspondència AdS/CFT, que relaciona una teoria de gravetat amb una teoria quàntica de camps en una dimensió menys, ha incrementat encara més l'interès en la gravetat en dimensions altes. Comparada amb la relativitat general en quatre dimensions, que ha estat àmpliament estudiada i investigada els darrers anys, la relativitat general en dimensions més altes té moltes característiques noves i interessants. La unicitat és una propietat de la relativitat general en quatre dimensions que no continua sent vàlida en dimensions més altes. Una altra propietat relacionada amb aquesta és que en quatre dimensions els forats negres només poden tenir horitzons amb topologia esfèrica, mentre que en dimensions més altes els objectes negres poden tenir també altres topologies. Els anells negres són una manifestació d'això. Les dues noves propietats esmentades donen lloc a transicions de fase topològiques a l'espai de fases dels forats negres en dimensions altes, que és un dels temes que considerem i als quals contribuïm en aquesta tesi. L'existència d'objectes negres estesos en dimensions altes, anomenats p-branes negres, és un tema important i fonamental. Se sap que aquests objectes són dinàmicament inestables. Per tant, la qüestió de cap on condueix aquesta inestabilitat ha esdevingut un problema important. Quin és l'estat final? Aquesta inestabilitat es coneix com la inestabilitat de Gregory-Laflamme i és un altre tema que investiguem a la nostra tesi, i que relacionem amb un tipus de correspondència entre fluids i gravetat a l'espai-temps pla. L'existència de p-branes negres s'atribueix al fet que en relativitat general en dimensions altes hi ha forats negres que poden rotar de manera arbitràriament ràpida. és a dir, no hi ha un anàleg de la cota de Kerr en quatre dimensions, que impedeix que els forats negres donin voltes molt de pressa. La rotació ràpida, per altra banda, que és possible en dimensions més altes té l'efecte d'aplanar l'horitzó del forat negre al llarg del pla de rotació, i per tant en el limit de velocitats altes s'apropa a la geometria de la p-brana negra. Al capítol 3 donem una breu introducció a l'estudi de forats negres en dimensions més altes per mitjà de les anomenades ``blackfolds''. Discutim les raons per les quals hom pot fer servir nous mètodes aproximats en dimensions més altes. Introduïm els objectes bàsics de l'enfoc amb blackfolds, les p-branes negres impulsades, i expliquem com l'enfoc amb blackfolds es pot fer servir per construir a partir d'elles noves solucions estacionàries de les equacions del camp gravitatori amb noves topologies, i com es pot fer servir també per construir solucions dinàmiques. Al capítol 4 donem una breu introducció al tema dels canvis de topologia en relativitat general. Discutim les fases del forat negre de Kaluza-Klein, la fase de corda negra homogènia, la fase de corda negra inhomogènia i fase de forat negre localitzat. Expliquem el mecanisme pel qual apareix una transició de fase topològica quan hom es mou per l'espai de fases des d'una corda negra fins a un forat negre localitzat. Al capítol 5 hem aconseguit formular un tipus de correspondència entre fluids i gravetat a l'espai pla. Hem trobat un mapa entre una p-brana negra impulsada fluctuant i un fluid viscós relativista situat a l'infinit espacial. és a dir, hem constrïit una solució de les equacions d'Einstein al buit d'una p-brana negra dinàmica fins a primer ordre en derivades. El fluid viscós dual està caracteritzat per dos paràmetres (coeficients de transport) al tensor d'energia-moment, la viscositat de cisallament i la viscositat de compressió. Fent servir la solució gravitatória hem pogut calcular aquests coeficients. A més, fent servir la descripció efectiva de la p-brana negra com un fluid viscós en un nombre més baix de dimensions hem estudiat la inestabilitat de Gregory-Laflamme, i els nostres resultats estan d'acord de manera molt precisa amb els resultats numèrics prèviament obtinguts en aquest problema (que havien estat obtinguts per mitjà d'una anàlisi de les equacions gravitaòóries linealitzades). Més en detall, incloent l'efecte d'amortiment de la viscositat en les ones de so inestables hem obtingut una aproximació remarcablement bona i senzilla a la relació de dispersió dels modes de Gregory-Laflamme, la precisió de la qual augmenta amb el nombre de dimensions transverses. Hem proposat una forma límit exacta quan el nombre de dimensions tendeix a infinit. Així, en lloc d'intentar resoldre les complicades equacions gravitatòries (linealitzades) proposem intentar resoldre les equacions relativistes de Navier-Stokes per al fluid efectiu (dual), ja que aquestes són molt més senzilles que les primeres. Al capítol 6 hem abordat i hem fet progrés en un altre problema: canvi de topologia en relativitat general en dimensions més altes. Abans del nostre treball no hi havia cap exemple analític complet (només n'hi havia de numèrics) d'una transició de fase topològica en relativitat general. La transició de fase corda negra/ forat negre en espais de Kaluza-Klein havia estat analitzada i estudiada només numèricament. No obstant, alguns models locals

In physics, it is common to find different phenomena being described by similar equations. A good analogy can make us look at a problem from a different point of view. In that way, ideas may be transferred from one field of science to another, allowing to model new phenomena after previous, well-studied ones. In the case of the field of analogue gravity, systems that mimic certain aspects of the physics of curved spacetimes are studied. In this thesis, we are interested in the analogy between geometry and media. It has been known for several decades that light propagation in a gravitational field is formally equivalent to that in a bianisotropic medium. On the one hand, ray paths are bent due to spacetime curvature. On the other hand, spatial variations of the permittivity and permeability of a material can make light follow curved trajectories. These two phenomena can be related mathematically in the context of transformation optics, which provides the tools to determine the medium parameters necessary to mimic a certain coordinate transformation. Materials with these specific properties are not naturally occurring, therefore, the emergence of metamaterial science at the beginning of the century was needed to realize them. Metamaterials are artificial composite materials with sub-wavelength constitutive elements that exhibit exotic properties. They have been one of the hot topics of the past years given the variety of opportunities they offer: negative refraction, superlenses, indefinite dispersion, invisibility, among many others. In this thesis we study the analogues of two static spacetimes from the point of view of transformation optics: one with spherical symmetry and one with conical geometry. Both cases are inspired by solutions to Einstein’s equations: the Schwarzschild black hole and the cosmic string, respectively. For each case, we derive the permittivity and permeability of the analogous material using Plebanski’s formulation of the electromagnetic constitutive equations. We solve numerically the wave equation in the metamaterial and compare the results with analytical theories. We find that the spherically symmetric spacetime can be mimicked by either an anisotropic or isotropic medium due to its rotational symmetries. This is achieved by performing a coordinate transformation of the general metric to a conformally flat form. We obtain the medium parameters for both cases and apply the results to the case of the Schwarzschild black hole. We simulate the propagation of a Gaussian beam in the two materials and compare the numerical results with the null-geodesics in the Schwarzschild spacetime, finding a good agreement. The cosmic string is an example of a topological defect with conical geometry. A conical space can be interpreted as flat space with a wedge removed. We make use of this transformation to study the wave equation in the cosmic string background. We apply asymptotic diffraction theories to obtain analytical models that describe wave propagation of electromagnetic or gravitational waves (in a certain gauge). We find that our expressions reproduce accurately the results of the numerical simulations in the analogous metamaterial. Moreover, with our models, we can understand the observed diffraction pattern as the interference of four characteristic waves. With this interpretation we can introduce the Fresnel observation zones, which are related to the diffraction maxima. They help localize the regions – in either space or frequency – where the wave effects are more significant. In fact, in the diffraction by a non-compact object such as the cosmic string, we find that the contribution to the field of wave effects such as interference or diffraction can be of the same order as the geometrical optics terms. Furthermore, the conical topology also appears in condensed matter systems as disclinations or wedge dislocations, therefore we expect our results to be applicable in those systems as well.
La investigación en gravitación análoga consiste en el estudio de sistemas físicos donde se pueden reproducir algunos de los fenómenos propios de relatividad general. Esta tesis se centra en la conocida propagación análoga de las ondas electromagnéticas en un espacio-tiempo curvado y en un medio con una permitividad y permeabilidad generalmente anisótropas. Para la realización de este tipo de medios, fue necesaria la aparición de los metamateriales, materiales artificiales diseñados para tener propiedades electromagnéticas fuera de lo común. En este contexto, se estudian modelos análogos a dos objetos estáticos con distinta simetría: uno con simetría esférica y otro con topología cónica. Ambos casos están motivados por soluciones a las ecuaciones de Einstein: el agujero negro de Schwarzschild y la cuerda cósmica, respectivamente. A través de las ecuaciones de óptica de transformación, determinamos los parámetros de los medios análogos a estos espacio-tiempos. Estudiamos la propagación de ondas electromagnéticas en los materiales obtenidos mediante simulaciones numéricas y comparamos los resultados con teorías analíticas, encontrando muy buen acuerdo. Por un lado, los contrastamos con las geodésicas en los espacio-tiempos considerados a través del formalismo Hamiltoniano. Por otro lado, desarrollamos modelos analíticos para describir la difracción de una onda (en principio tanto electromagnética como gravitatoria) debido a la cuerda cósmica. Para ello, usamos teorías asintóticas de difracción en un espacio virtual plano con un déficit de ángulo, ya que es una representación equivalente a la geometría cónica de la cuerda. De este modo, se obtienen expresiones que nos permiten explicar detalladamente los fenómenos ondulatorios de interferencia y difracción que se producen en este espacio-tiempo. Observamos que estos efectos pueden ser comparables a los términos de óptica geométrica: añaden una modulación en la amplificación del campo relacionada con la formación de imágenes dobles propia de la topología de la cuerda. Cabe destacar que estos fenómenos son conceptualmente distintos a los que se podrían esperar en la difracción sobre un objeto sólido como una barra. Utilizando nuestros modelos analíticos, obtenemos el patrón de difracción característico de la cuerda cósmica, que podría ser de interés para su detección.

In this thesis we apply new approaches and develop new techniques to address various issues related to fundamental aspects of modern gravitational theory and black holes. We study the behavior of black branes in the large D approximation, that is, we consider a space with a very large number of dimensions. This approach allows us to obtain a set of very simple equations that capture many of the physical phenomena of gravity. This technique uses the fact that the gravitational field around a massive object decays faster the higher the dimension, so when you take the very large D limit it becomes concentrated in a very thin region of size 1/D around the horizon of the black hole. In this way, the horizon can be viewed as a membrane suspended in an essentially flat background geometry. The region where the black hole lives is, in some sense, excluded from the background space. We use the large D effective equations to investigate the phases and stability of black strings at different values of the dimension D and the compactification length L. In some cases, the Gregory-Laflamme instability of the uniform black strings can lead to stable non-uniform black strings. The transition type changes at a certain critical value of D ~ 13.5. We use 1/D corrections to estimate the value of the critical dimension, which turns out to be very accurate. Possible violations of Weak Cosmic Censorship in black hole collisions at D > 4 are also explored. The large D technique, through the effective equations, provides a powerful tool for analyzing such scenarios that would otherwise be very difficult to tackle using numerical simulations at finite D. It has recently been shown that rotating black holes can be described as Gaussian lumps on a black brane. The Strong Cosmic Censorship conjecture for highly charged Reissner-Nordström black holes has recently been called into question in asymptotically de Sitter spacetimes. To go beyond previous studies, this thesis includes the results of nearly extremal Reissner-Nordström nonlinear simulations. In order to perform the nonlinear (spherically symmetric) integrations, a new spectral code has been developed in double-null coordinates. Any continuous system that can be described as a quantum field theory will react to a change in the geometry where it is located. It will do so by changing its distribution of energy density, pressure and stresses. That is, the system is polarized, and its stress-energy tensor acquires a non-trivial quantum expectation value. In this context, the holographic duality, also known as AdS/CFT correspondence, is extremely useful for extracting valuable qualitative information from the system. Perturbations of the geometry of the AdS boundary will produce tidal deformations in the geometry of the bulk. To calculate this deformations, we solve the equations for a linearized perturbation of the geometry that satisfies suitable boundary conditions. Finally, we study a subset of Horndeski's theories whose equations of motion are locally well posed. However, it is necessary to determine whether global solutions exist and whether they are sufficiently well behaved. A worrisome possibility (which has been confirmed by numerical simulations) is a change in the character of the equation of motion, from hyperbolic to parabolic and finally to elliptical. This causes a change in the causal structure of the geometry.
En aquesta tesi aplicarem nous enfocaments i desenvoluparem noves tècniques per tractar diversos temes relacionats amb aspectes fonamentals de la teoria gravitacional moderna i els forats negres. Estudiem el comportament de les branes negres en l’aproximació large D, és a dir, considerem un espaitemps amb un nombre molt gran de dimensions. Aquest enfocament ens permet obtenir un conjunt d’equacions molt simples que recullen molts dels fenòmens físics de la gravetat. En alguns casos, la inestabilitat de Gregory-Laflamme de les cordes negres uniformes pot conduir a cordes negres no uniformes estables. S’exploren també possibles esdeveniments de violació de la Censura Còsmica Feble en col·lisions de forats negres a D > 4. La tècnica de large D, mitjançant les equacions efectives, proporciona una eina potent per analitzar aquest tipus d’escenaris que d’altra manera serien molt complicats d’abordar mitjançant simulacions numèriques a D finita. Recentment s’ha posat en dubte la conjectura de Censura Còsmica Forta per a forats negres de Reissner-Nordström altament carregats en espaitemps asimptòticament de Sitter. Per anar més enllà dels estudis anteriors, en aquesta tesi s’inclouen els resultats de simulacions completament no lineals de Reissner-Nordström altament carregats. Qualsevol sistema continu que es pugui descriure com una teoria quàntica de camps reaccionarà davant un canvi en la geometria on està situat. En aquest context, la correspondència AdS/CFT és extremadament útil per extreure informació qualitativa i valuosa del sistema. Les pertorbacions en la geometria de la frontera d’AdS produiran deformacions de marea en la geometria de l’interior. Per calcular aquesta deformació, resolem les equacions per a una pertorbació linealitzada de la geometria que satisfà una condició de contorn adequada a l’infinit. Finalment, s’estudia un subconjunt de les teories de Horndeski les equacions del moviment de les quals són localment ben plantejades. Tot i això, cal determinar si existeixen solucions globals i si aquestes solucions són prou ben comportades. Una possibilitat preocupant (que s’ha confirmat amb simulacions numèriques), és un canvi del caràcter de l’equació de moviment, d’hiperbòlica a parabòlica i finalment a el·líptica.

Cosmology is the study of the origin and evolution of our Universe as a whole. Even if the theoretical framework of Cosmology was developed a century ago, with the formulation of General Relativity by Albert Einstein, it was only during the last decades that we have seen an improvement in experimental capabilities so relevant to transform Cosmology from a “data-scarce” to a “data-driven” science. This thesis is divided in five parts. The first one is constituted by an introductory chapter which describes the standard model which we use today in Cosmology, the ΛCDM model. The main ingredients of this model are a theory of gravity that describes as the Universe evolves, in this case General Relativity; the different components existing in our Universe, namely photons, neutrinos, baryons, cold dark matter (CDM) and dark energy, described by a cosmological constant Λ; and a theory explaining the initial conditions of the Universe, which we assume to be Inflation. Even if we can describe many of these aspects in great detail, we still have several open problems in the three topics (theory of gravity, components of the Universe and initial conditions theory). The second part is focused on the possible degeneracy between the effects that neutrinos y modified gravity theory have on cosmological observables. In the paper “Hiding neutrino masses in modified gravity cosmology” we investigated how Horndeski theory has enough freedom to reproduce a cosmological expansion as in ΛCDM and, at the same time, to boost the growth of structures at large scales. In fact this growth could hide the effects that massive neutrinos have in the matter power spectrum. In the third part we discuss about one of the dark matter candidate, primordial black holes. In “Primordial black holes as dark matter: converting constraints from monochromatic to extended mass distributions” we show how it is possible to obtain upper limits on the abundance of primordial black holes with an extended mass distribution starting from upper limits obtained assuming a monochromatic mass distribution. We also prove that for lognormal and power-law distributions the constraints on primordial black holes abundance in the 10 solar masses window are tighter with respect to the monochromatic case. In “GW×LSS: chasing the progenitors of merging binary black holes” we explain how, correlating gravitational waves maps and galaxies maps, we can understand if the origin of the black holes that form the detected binaries is stellar or primordial. The fourth part describes how we can obtain new probes of the first fractions of seconds of our Universe. In “Measuring the energy scale of inflation using large scale structure” we show how we can measure the energy scale of inflation through the measurement of a specific primordial non-Gaussianity signal, called “graviton exchange”. In particular we show that this primordial signal is of the same order of magnitude of the three-point function at large scale, opening the possibility of a detection. In “From primordial black holes abundance to primordial curvature power spectrum (and back)” we use the primordial black holes to put constraints on the maximum amplitude of the primordial curvature power spectrum. Specifically, we developed a procedure which connects numerical simulations of primordial black holes formation to a correct cosmological interpretation of these simulations, to a calculation of the abundance of these objects using peak theory. The fifth part includes the summary of the results found and a discussion of those very results. Moreover we discuss about future perspectives and about how to extend these works in future scientific projects.
La Cosmología es el estudio de las orígenes y evolución de nuestro Universo como un todo. Aunque bajo el lado teórico la Cosmología nació hace un siglo, se estableció como una ciencia “guiada por los datos” unicamente en las ultimas décadas. La primera de la tesis está constituida por un capítulo introductorio que describe el modelo estándar que se utiliza hoy en Cosmología, el modelo ΛCDM. La segunda parte se centra en la degeneración entre efectos de neutrinos y teorías de gravedad modificada. En “Hiding neutrino masses in modified gravity cosmology” se investigó como la teoría de Horndeski tenga suficiente libertad para reproducir una expansión como la que predice el ΛCDM y pueda incrementar el crecimiento de las estructura, escondiendo el efecto de neutrinos masivos. En la tercera parte se debate de agujeros negros primordiales. En “Primordial black holes as dark matter: converting constraints from monochromatic to extended mass distributions” se enseña como, desde los límites existentes para agujeros negros primordiales con distribución de masa monocromática, sea posible obtener límites en la abundancia de agujeros negros primordiales que tengan una distribución de masa extendida. En “GW×LSS: chasing the progenitors of merging binary black holes” se explica cómo, relacionando mapas de galaxias y mapas de ondas gravitatorias, se puede llegar a entender cuál es el origen, estelar o primordial, de los agujeros negros que forman las binarias detectadas. La cuarta parte describe como se pueda obtener nuevas pruebas sobre el Universo primigenio. En “Measuring the energy scale of inflation using large scale structure” enseñamos como se podría medir la escala energética de la Inflación mediante la medida de una señal específica de no-Gaussianidad primordial, llamada “graviton exchange”. En “From primordial black holes abundance to primordial curvature power spectrum (and back)” se utilizan los agujeros negros primordiales para poner límites en la amplitud máxima que pueda tener el espectro de potencia de la curvatura primordial. La quinta parte incluye el resumen de los resultados encontrados, una discusión de esos resultados y se debate sobre cuáles son las perspectivas futuras de estos trabajos.

In this thesis we have made progress on the study of higher dimensional gravity by focusing on the properties of black holes and branes and their dynamics. We have developed two main projects: • provide several maps between different spacetimes • determine the hydrodynamical behavior of fluids dual to some classes of black holes This work improves the current understanding of GR in spacetimes with general dimension and gives hints for holography in spacetimes different from AdS. Here we give a brief summary of the work developed underling the main results achieved. In Chapter 2, we introduce the techniques applied for studying black brane hydrodynamics. In the long-wavelength regime, black hole dynamics can be related to fluid dynamics and one can develop effective theories which capture the hydrodynamical description of such black holes. We review two of these: the fluid/gravity correspondence and the blackfold approach. We have hence learnt that black holes behave as fluids under certain circumstances. One can therefore compute the effective stress energy tensor associated to the fluid, extract the corresponding dissipative transport coefficients and possibly perform a stability analysis. In Chapter 3, we have introduced the AdS/Ricci flat correspondence, which is a relation between a class of AdS spacetimes and Einstein solutions with zero cosmological constant. Remarkably, we have developed an extension of such correspondence to spacetimes with positive cosmological constant, including scalar matter. This AdS/dS correspondence may possibly give hints to improve our understanding of holography in dS space. We have also found a new Kerr/AdS solution with hyperbolic horizon from a known Kerr/dS one through the map. The hydrodynamics of fluids using the KK dimensional reduction was studied in Chapter 4. Choosing a generic relativistic fluid, performing a boost in N internal dimensions, compactifing them and reducing on an N dimensional torus we have obtained a charged fluid with N charges. Therefore, we have investigated the variation of the transport coefficients, the shear and bulk viscosity, of the original theory and we were also able to compute the thermal conductivity. The same analysis has been applied to a particular fluid: the fluid dual to a black p-brane. We were able to compute the shear viscosity, bulk viscosity and thermal conductivity matrix for a black p-brane with N charges in the compact directions. This method is particularly interesting since it allows studying the hydrodynamics of charged objects without performing a perturbative analysis but only applying dimensional reduction techniques. Using the AdS/Ricci flat correspondence we have checked that our mapped transport coefficients coincide with the ones obtained for a known charged AdS black branes. In Chapter 5 we have investigated the hydrodynamics properties of fundamentally charged (dilatonic) black branes and branes with Maxwell charge smeared over their worldvolume. We have determined the dissipative behavior of the effective fluids associated to those branes in terms of the transport coefficients of the effective stress energy tensor. Studying the response to small long-wavelength perturbations we have analyzed the dynamical stability of both classes of charged black branes. We have moreover modified the AdS/Ricci flat correspondence to include charged cases using a non-diagonal KK reduction. In this thesis we have shown how higher dimensional gravity is surprisingly rich of new phenomena and bizarre features. Playing with spacetime dimension is the key to probe GR. Hopefully, we will able to improve our comprehension of this mysterious and powerful theory. Holography is an extremely useful tool available for this aim. Mapping apparently unrelated theories living in different number of dimensions has revealed various successful predictions and results but above all opens new perspective for our perception and understanding of GR.
Esta tesis se centra principalmente en el estudio de la gravedad en dimensiones superiores con un enfoque en las relaciones entre diferentes tipos de espaciotiempo y el análisis y caracterización de agujeros negros. Para este último objetivo hemos desarrollado y adaptado teorías efectivas que nos permiten estudiar la dinámica de agujeros negros en ciertos regímenes. Hemos presentado dos de ellas: la "fluid/gravity correspondence" y el metodo de "blackfold". Se puede demostrar entonces que los agujero negros admiten una descripción hidrodinámica y se puede calcular el tensor energía-impulso asociado al fluido dual al agujero negro y extraer los coeficientes de transporte al primer orden en derivadas. Hemos utilizado estas técnicas para analizar propiedades hidrodinámicas de branas negras en el caso en que las branas llevan cargas de diferentes tipos. En particular, consideramos los casos en que la brana negra está acoplada a un potencial de (p+1)-forma, que llamamos brana con carga fundamental, y brana acoplada a un campo de Maxwell. También hemos investigado las propiedades de estabilidad de estos sistemas hidrodinámicos . Otra línea de investigación es el estudio de la hidrodinámica de fluidos utilizando la reducción dimensional de Kaluza Klein. Empezamos considerando un fluido genérico y luego hemos particularizado el cálculo al fluido dual a una p-brana negra. Hemos investigado como varían los coeficientes de transporte de la teoría inicial como la "shear and bulk viscosity" y además hemos conseguido calcular la matriz de conductividad térmica. Como último proyecto hemos desarrollo mapas entre espaciotiempos diferentes. En particular hemos extendido el "AdS/Ricci-flat correspondence" para espacios de Einstein con curvatura positiva y negativa. Una vez derivado el mapa, lo hemos aplicado a espacios de Sitter (dS) y AdS y a agujeros negros de Schwarzschild-dS/AdS. Además, hemos estudiado perturbaciones en la frontera de AdS, que a través del mapa nos dan sugerencias sobre una posible construcción de holografía en espacio de dS. De hecho, la frontera de un espacio asintóticamente AdS se mapea en una brana en el centro de dS y las perturbaciones cerca de la frontera tienen como fuente un tensor energía-impulso confinado en esta brana.

Doctor en Ciencias, Mención Astronomía
Here I present an in-depth study of the central region of active galactic nuclei oriented to improve current mass estimation methods of distant super massive black holes and to infer the physical properties of the gas in their vicinity. In the first chapter I briefly introduce the basic concepts and present the most relevant discoveries and problematics associated to the central topic of this thesis. Then, in the second chapter, I present new calibrations of the so called single epoch black hole mass estimation method. This method uses emission lines from the broad line region such as the Halpha, Hbeta and MgII low ionization lines, and the CIV high ionization line. The novelty of this work is the usage of simultaneous observations of these emission lines that prevents from possible variability effects. The latter was possible thanks to the observations of 39 quasars a $z\sim1.55$ using the X-Shooter spectrograph of the VLT telescope whose wide spectral coverage allows simultaneous mapping of the aforementioned emission lines. In addition to presenting new calibrations, the results of this study indicate that low ionization lines provide more accurate mass estimations than CIV as it was suggested by previous studies. In the third chapter, I examine the possibility of improving current \CIV -based mass estimates of super-massive black holes by testing the performance of some methods proposed in the literature, including a method proposed in this thesis. All these methods are based on correlations found using small samples of less than 100 objects. In order to quantify the statistical robustness of these methods, in this work I use the Sloan Digital Sky Survey quasar database out of which I extracted a sample of nearly 30000 objects. The results suggest that the methods studied here have a very limited effect on the improvement of \CIV-based mass estimations. Finally, in the fourth chapter, I study the effect of gas distribution of the broad line region on mass estimations. This is possible thanks to the comparison between masses obtained from the single epoch method and those obtained from the fitting the accretion disc spectral energy distribution to standard accretion disk models. The results indicate a strong dependence of the ratio between both mass estimates with the observed width of the broad emission lines.

This thesis has focused entirely on classical and thermodynamical aspects of black hole physics. We have developed four different projects involving different kinds of black holes. 1 BLACK BRANES IN A BOX Neutral black branes with extended horizons are dynamically unstable to long wavelength perturbations along their horizons; this instability is known as the Gregory-Laflamme instability. In some regimes, the dynamics of black branes can be captured by an effective hydrodynamic description. We have studied the effective hydrodynamics of neutral black branes inside a cylindrical cavity to investigate their dynamic and thermodynamic instabilities. We have used the size of the box as a control parameter for stability (smaller cavities increase rigidity and contribute to the stability of the solutions); we have ob¬served that both instabilities disappear at the same critical value of the cavity radius. We have discussed the Correlated Stability Conjecture, which relates thermodynamic and dynamic instabilities in these objects and we have argued that its correct interpretation is given by the Correlated Hydrodynamic Stability (CHS). The CHS relates the presence of unstable hydrodynamic modes to the local thermodynamic instability; this is transparent in our approach. In the effective fluid description we have computed the specific quantities that characterize the fluid. Finally we have studied the system close to the critical point at which the instability disappears and we have obtained that the wave number that marks the onset of the instability vanishes with a critical behaviour ruled by a critical exponent of 1/2. 2 BLACK STRING FLOW We have constructed an event horizon describing a heat flow, that remains constant in time, between to asymptotic regions at constant temperature. This horizon is the smooth interpolation between the horizon of a black string and a planar acceleration horizon. This was the first exact description of a flowing horizon connecting a stringlike horizon with a planar one (this can also be an infinitely big spherical black hole); the construction is valid for any number of dimensions greater than four. We obtained the horizon generators as well as the exact geometry and we showed that this horizon resembles that of flowing funnels. We computed a surface gravity that approaches on one end, the black string's surface gravity, and on the other, the infinite black hole's surface gravity which is 0. We also computed the expansion associated to the horizon generators and it vanishes in both asymptotic regions; thus reflecting the property that the black string flow horizon interpolates between two asymptotic horizons, each of which is asymptotically in equilibrium at different temperature. This construction shows that stationary black holes with non-killing horizons are possible with non-AdS asymptotics. 3 BUMPY BLACK HOLES We have constructed numerically three new families of stationary black holes with a single angular momentum. These black holes have spherical topology but they differ from the Myers Perry solution (higher dimensional generalisation of Kerr solution) in that the radius of the sphere transverse to rotation varies non-monotonically with the polar angle. We have seen that half of these solutions connect, in the space of solutions, the Myers Perry family with other families featuring non-spherical topology such as the black ring, the black saturn, etc. We found strong evidence for the presence of cones in the horizons of solutions close to the topological transition in solution space. The other half of the solutions spread widely in the rotation plane and develop a singularity along their equator. These probably do not connect to other stationary black hole branches. We have also studied stability properties of all branches. 4 BLACK HOLE MERGER We have described in an exact analytic way the event horizon of a black hole merger in the extreme mass ratio (EMR) limit; we have done it for four and five dimensions. Curiously numerical computation in which the ratio of the masses is large are difficult and not very well studied. We hope our exact result can serve as check/guide for future results in the area. We constructed the event horizon of this dynamical process by computing its null generators. We extracted a number of parameters that characterise the merger. We identified the line of caustics, the critical radius at which both horizons touch, the big horizon relaxation timescale among other things. We showed that our hypersurface describes all possible mergers, in the EMR limit, for which the small black hole is non-rotating. Finally we analysed the instants shortly before and after the pinch-on and found evidence for critical behaviour in the forming of the cusp and in the initial growth of the throat.
Esta tesis está enmarcada en el campo de los agujeros negros. En ella se han realizado cuatro proyectos que involucran diferentes tipos de agujeros negros. 1 BRANAS NEGRAS Hemos estudiado el sistema de una brana dentro de una cavidad cilíndrica con condiciones de Dirichlet para investigar la relación entre las inestabilidades dinámicas y termodinámicas presentes en la brana. Hemos empleado las técnicas de la teoría efectiva de worldvolumes para tiranas; en esta teoría la descripción del sistema (en algunas condiciones) se da a través de variables y ecuaciones hidrodinámicas. Hemos estudiado el cambio de la inestabilidad de Gregory-Laflamme al variar el radio de la caja. Hemos identificado el radio crítico que estabiliza las soluciones y el comportamiento crítico de la inestabilidad en ese punto. 2 AGUJEROS NEGROS QUE FLUYEN Hemos construido un horizonte de sucesos que describe un flujo de calor, constante en el tiempo, entre dos regiones asintóticas a temperatura constante. Este horizonte es la interpolación entre el horizonte de una cuerda negra y un horizonte planar. La cuerda negra tiene cierta temperatura y el horizonte planar, en este caso, está a temperatura cero. La construcción se ha hecho en espacio asintóticamente plano, mostrando así que una constante cosmológica negativa no es estrictamente necesaria para la existencia de agujeros negros estacionarios con que no son de Killing. 3 AGUJEROS NEGROS BUMPY Hemos construido numéricamente tres familias nuevas de agujeros negros estacionarios con un solo momento angular en seis dimensiones. Estos agujeros tienen topología esférica pero el radio de la esfera transversa a la rotación varía de manera no monótona a lo largo del ángulo polar. La mitad de estas soluciones conectan a la familia de Myers Perry con otras de topología no esférica como el anillo negro o el saturno negro, etc. La otra mitad, se extienden mucho en el plano de rotación y acaban por tener una singularidad localizada en el ecuador. 4 FUSIÓN DE AGUJEROS NEGROS Para el caso en que las masas de dos agujeros negros difieran mucho una de la otra hemos mostrado que una descripción analítica del proceso de fusión de dos agujeros negros es posible. Hemos obtenido los rayos de luz que generan el horizonte de sucesos de una colisión de agujeros negros en el límite de razón de masas extremas. Extraemos propiedades importantes y damos una caracterización muy completa del proceso de fusión.

For ninety years we have known that our universe is in expansion. Cosmological data favor an unknown form of intrinsic and fundamental uniform energy contributing approximately 68% of the total energy budget in the current epoch. The simplest proposal in accordance with observations is the standard cosmological model consisting of a small but positive cosmological constant producing a gravitational repulsive effect driving the accelerated expansion. In standard cosmology general relativity is assumed as the theory for gravity, which in turn predicts that a sufficiently compact mass can deform spacetime and form a black hole. At a mathematical level, these objects are considered vacuum solutions described by very few parameters. For instance, a stationary black hole solution is completely described by its mass, angular momentum, and electric charge; and two black holes that share the same values for these parameters, are indistinguishable from one another. On the basis of the usual metrics describing black holes, it is generally believed that all contained matter is localized in the center or, if rotating, on an infinitely thin ring. Recent approaches challenge this unintuitive assumption and consider matter just spread throughout the interior. Clearly, this begs for a quantum description in curved space. In past years, a novel approach established a new bridge between quantum information and the physics of black holes when an intriguing proposal was made: black holes could possibly be understood as Bose—Einstein condensates of soft interacting but densely packed gravitons. The aim of this thesis is to discuss how to construct a graviton condensate structure on top of a classical gravitational field describing black holes. A necessary parameter to be introduced for this analogy is a chemical potential which we discuss how to incorporate within general relativity. Next we search for solutions and, employing some very plausible assumptions, we find out that the condensate vanishes outside the horizon but is non-zero in its interior. These results can be extended easily to a Reissner—Nordström black hole. In fact, we find that the phenomenon seems to be rather generic and is associated with the presence of a horizon, acting as a confining potential. In order to see whether a Bose— Einstein condensate is preferred, we use the Brown—York quasilocal energy, finding that a condensate is energetically favourable in all cases in the classically forbidden region. The Brown—York quasilocal energy also allows us to derive a quasilocal potential, whose consequences allow us to suggest a possible mechanism to generate a graviton condensate in black holes. On the contrary, this is not the case for any kind of horizons; for instance, this mechanism appears not to be feasible in order to generate a quantum condensate behind the cosmological de Sitter horizon. Furthermore, when a pair of black holes merge, an immense amount of energy should be given off as gravitational waves. Their wave forms have been recently confirmed to be perfectly described by general relativity. We discuss why for low frequency gravitational waves aimed to be detected by astrophysical PTA observations the fact that propagation should take place over an expanding (approximately globally de Sitter) spacetime should be taken into account. In this manner, harmonic waves produced in such mergers would become anharmonic when measured by cosmological observers. This effect is tiny but appears to be observable for gravitational waves to which PTA are sensitive. Therefore we have characterized modifications to the expected signal, and how it is related to the source and pulsar characteristics that are employed by the IPTA collaboration. If the cosmological constant were an intrinsic property, this experiment would be capable of confirming the relevance of lambda at redshift z < 1.
El objetivo de la presente tesis es profundizar en diversos aspectos de la física de los agujeros negros. Tanto en lo que respecta a sus características constitutivas fundamentales, su "estructura" interna, como a la posibilidad de observar o detectar mediante observaciones astrofísicas ciertos efectos producto de su dinámica. Por un lado, hemos seguido las ideas de Dvali, Gómez et al. quienes han sugerido la posibilidad de que un agujero negro sea un condensado de Bose—Einstein de gravitones débilmente interactuantes. En nuestro caso hemos estudiado la existencia de este tipo de soluciones sobre diferentes métricas de agujero negro (Schwarzschild y Reissner— Nordström) que actuarían como potencial confinante para dichos condensados. Un parámetro necesario para ello, es el equivalente a un potencial químico que debe ser incorporado a la relatividad general. Cabe destacar que la solución encontrada puede ser interpretada como la función de campo medio del condensado. Además resulta fuertemente ligada a la estructura clásica de la métrica que la sustenta. Por otro lado, es bien sabido que la aceleración de cuerpos muy masivos producen perturbaciones de tipo onda en el espaciotiempo. Son de nuestro interés las ondas gravitatorias de baja frecuencia, provenientes de la colisión de agujeros negros supermasivos y que deberían poder ser detectadas mediante sistemas de púlsares (Pulsar Timing Arrays). De acuerdo a una línea de investigación desarrollada por Espriu et al. la presencian de una constante cosmológica podría tener un efecto en la propagación y por lo tanto en la detección por parte de la colaboración IPTA de estas ondas. En la presente tesis hemos generalizado el método para incluir diferentes tipos de materia (relativista y no relativista) además de la constante cosmológica. Del análisis se deriva que el efecto depende sensiblemente del valor de la constante de Hubble (que engloba todos los tipos de materia presentes). Continuando dicha línea, hemos caracterizado detalladamente el efecto en su dependencia con los parámetros cosmológicas y las distancias involucradas, y cómo podría ser hallado. Esperamos que nuestros resultados puedan contribuir a una definitiva detección por IPTA.

In this thesis we have employed the holographic duality to study the non-perturbative regime of a one-parameter family of theories with multi-scale dynamics. Normally, this (super)string theory motivated duality identifies gauge theories in flat space with string theories in a certain curved spacetime. Its relevance roots in its ability to relate the strongly-coupled regime of gauge theories with classical gravity governed by Einstein's equations. In the Introduction of the thesis, we have reviewed the main string theory ingredients that we used throughout the thesis and revisited some of the previous results which are the starting point of out study. In Chapter 2, we gather the explicit form of the supergravity solutions whose dual are the gauge theories of interest. These are three-dimensional gauge theories. Generically, they share the same physics at high energies, given by Yang-Mills and Chern-Simons interactions. Remarkably, when the low energy regime of the theories is studied, a rich variety of non-perturbative phenomenology is discovered. In particular, for a generic value of the parameter distinguishing the theories, they develop a mass gap in their spectrum. However, the two theories which are obtained at the limiting values of the parameter are special. On the one hand, the theory flows towards an infrarred fixed point, dual to a Conformal Field Theory. On the other hand, a confining theory is obtained, in the sense that the potential felt between quarks grows linearly with the distance between them for large separations. All these phenomena, together with the computation of the spectrum of spin-0 and spin-2 states, are studied in Chapter 3. The fact that in this system the Renormalisation Group flow can pass close to a Conformal Field Theory motivated the search of a light dilaton in the spectrum. But such light state was not found, the reason for that being that the values of the source and the vacuum expectation value that prevented the flow from finishing at the fixed point where of the same order. On top of that, in this Chapter some entanglement entropy measures were studied. This last investigation was motivated by the fact that in the literature some quantities extracted from such magnitudes where proposed as a probe for confinement. Our results show that, when these quantities are considered in our system, they are not able to discriminate between confining and non-confining gapped theories. Not only did we consider the theories at zero temperature case, but we also studied thermal states by constructing numerical black brane solutions in the gravity side. Black branes are very much like black holes, with the peculiarity that their surface extends in non-compact directions. Such solutions are discussed in Chapter 4. As a result, we understood their phase diagram, exhibiting a rich structure endowed with first and second order phase transitions, as well as a triple point where three phases coexist and a critical point where the second order phase transition takes place. Intrigued by the effect that the proximity of a Conformal Field Theory could have in the Renormalisation Group flow of a field theory, in Chapter 5 we carried out a study on complex Conformal Field Theories. We proposed their holographic dual, and analysed some of their properties in the strongly-coupled case. Finally, in Chapter 6, we studied transport coefficients in holographic theories which model Quantum Chromodynamics. We concluded that the holographic results are quite different from the ones obtained using perturbative techniques. These studies could have phenomenological consequences and find their application in astrophysical observations concerning neutron stars.
En esta tesis hemos utilizado la dualidad holográfica para entender el régimen no perturbativo de una familia uni-paramétrica de teorías con múltiples escalas. Primeramente, hemos repasado los ingredientes esenciales que necesitamos de teoría de cuerdas. A la vez, hemos introducimos algunos resultados previos que son el punto de partida de nuestras investigaciones. Tras dicha introducción, se recogen todas las soluciones de supergravedad duales a las teorías en tres dimensiones que estudiamos. Genéricamente, comparten la misma física a altas energías pero a bajas energías muestran una rica fenomenología. En particular, desarrollan un salto de masa en su espectro. Curiosamente, las teorías correspondientes a tomar los valores límites del parámetro son especiales. En un caso, la teoría fluye a una teoría de campos conforme. En el otro se obtiene una teoría confinante, con potencial lineal entre quarks. También se calcula el espectro de estados con espín 0 y espín 2. Además, se analizan diferentes medidas de entrelazamiento cuántico que en nuestro caso no son capaces de discriminar entre teorías con confinamiento y teorías con un salto de masa. Esto contrasta con algunas propuestas que se encuentran en la literatura. Adicionalmente hemos construido numéricamente soluciones de branas negras, que describen estados térmicos de las teorías. Hemos descubierto un diagrama de fases muy rico, con transiciones de fase de primer y segundo orden, junto a un punto crítico y un punto triple. Interesados por el efecto que una teoría conforme de campos pudiera tener si es cercana al flujo del grupo de renormalización de otra teoría, en el Capítulo 5 nos adentramos en el estudio de teorías conformes de campos complejas, dando su el dual holográfico. Finalmente, se calculan coeficientes de transporte en teorías holográficas que modelan Cromodinámica Quántica y que podrían tener consecuencias fenomenológicas en observaciones referentes a estrellas de neutrones.

This thesis has been devoted to the study of the gravitational collapse of spherically symmetric perturbations on a Friedman-Robertson-Walker (FRW) universe filled by a perfect fluid. Large cosmological perturbations generated by inflation, are known to be statistically almost spherical. For this reason, this thesis aims to provide the conditions for Primordial Black Hole (PBH) formation due to the collapse of inflationary density fluctuations. PBHs are considered one of the best candidate for the missing dark matter (DM). To simulate the collapse of large spherical overdensities, it has been used a pseudo-spectral method which maps differential equations into an algebraic system. The numerical code developed, allows to outline the conditions for black hole formation with a greater than ever precision in some extreme cases. By using a combination of an excision technique and analytical estimations of accretion rates, it was found that the estimation of the black hole’s masses via a self-similar scaling law, gets worse and worse for larger and larger values. In addition, it was also found that the accretion of the BH masses relevant for the DM abundance, follows the law MBH,f roughly equal to 3MBH,i where, MBH,I is the initial mass of the BH at the time of apparent horizon formation and MBH,f is the final mass of the BH after the accretion process. In the case in which the fluid permeating the universe is of the form p equal to wρ, where p is the pressure, ρ is the density of the fluid and w is a constant, it is here shown that for w greater or equal to 1/3 the conditions for black hole formation, to a very good approximation, only depend upon the curvature of the local excess-mass (compaction function) around its peak value (δc), δc (the ”threshold” for PBH formation) and the equation of state of the collapsing fluid. This fact, has been used to build an analytical formula for δc in the case of w greater or equal to 1/3, which is accurate enough to be used for cosmological applications, conversely to previous attempts. For smaller w’s instead, the knowledge of the full shape of the compaction function is necessary, in contradiction to previous claims. Moreover, while the threshold for w greater or equal to 1/3 does not strongly depend from the full shape of the compaction function, in this thesis it is also shown that the BH mass does. While inflationary fluctuations are predominantly Gaussianly distributed at the cosmic microwave back-ground scales, those leading to PBH formation at smaller scales can have larger non-Gaussianities (NG). In the final part of this thesis, it was considered the effect (numerically and analytically) of those NG to the threshold for primordial black hole formation. By monitoring the non-gaussian parameter fNL, it was found that; i) for fNL roughly greater than 3.5, the population of PBH coming from false vacuum regions dominates over that coming from the collapse of large adiabatic overdensities; ii) the effect of the statistical dispersion of profiles is small in determining δc of the mean profile.
Esta tesis pretende proporcionar las condiciones necesarias para la formación de Agujeros Negros Primordiales (PBHs) producidos por el colapso de perturbaciones cosmológicas. Los PBHs se consideran uno de los mejores candidatos para la materia oscura, cuya composición es todavía un misterio. Para simular el colapso de grandes sobredensidades esféricas y obtener las condiciones para la formación de un PBH, se ha utilizado un método pseudoespectral que mapea ecuaciones diferenciales en un sistema algebraico. En el caso en el que el fluido que impregna el universo se comporte como un fluido perfecto (p igual a wρ, donde p es la presión, ρ es la densidad del fluido y w es una constante), hemos comprobado que para w mayor o igual a 1/3 las condiciones para la formación de un agujero negro, en una muy buena aproximación, solo dependen de la curvatura del exceso de masa local (también llamado función de compactación) alrededor de su valor máximo (δc) , δc (el ” umbral ” para la formación de PBH) y la ecuación de estado del fluido que colapsa. Este remarcable resultado se ha utilizado para construir una fórmula analítica para δc en el caso de w mayor o igual a 1/3, que es lo suficientemente precisa como para usarse en aplicaciones cosmológicas. En cambio, para w más pequeños, es necesario conocer la forma completa de la función de compactación. Por otro lado, si bien es cierto que las fluctuaciones inflacionarias se distribuyen predominantemente de manera gaussiana en las escalas del fondo de microondas cósmicas, las que conducen a la formación de PBH a menores escalas pueden distribuirse de forma altamente no gaussiana (NG). En la parte final de esta tesis, se ha considerado el efecto de esas NGs en el umbral de formación de agujeros negros primordiales, tanto numérica como analíticamente.

The purpose of this thesis is to put forth and present a series of new applications of the gauge/string duality to areas of high energy physics and condensed matter physics. The contributions showcased in this thesis amount to the ever growing recollection of evidence that supports the duality, which has already become a broad and extensive field of its own. Most of the work contained in this thesis addresses the study of the quark gluon plasma, a state of matter that might allow to be approximated by simple gravitational descriptions and is, at the same time, accessible by experiment. This constitutes a great advantage, since it gives the possibility of testing the qualitative predictions that can be derived from the calculations in holography, like the ones presented in this thesis. One of them is that a heavy quark moving suficiently fast through a quark-gluon plasma may lose energy by Cherenkov-radiating mesons. Special emphasis is given to the fact that this effect takes place in all strongly coupled, large-Nc plasmas with a gravity dual. Phenomenological implications for heavy-ion collision experiments are also discussed. On the other hand, an extensive use is made of a IIB supergravity solution dual to a spatially anisotropic finite-temperature N = 4 super Yang-Mills plasma. Motivation comes from the fact that the quark gluon plasma created in heavy-ion collisions is anisotropic. The analysis focuses on three important observables of the plasma: Firstly, the drag force experienced by a massive quark propagating through the plasma is considered. The results show a generic misalignment of the gluon cloud trailing behind the quark, the quark velocity and the drag force itself whenever anisotropy is taken into account. Secondly, a study of the jet quenching parameter of the plasma is presented for arbitrary orientations and arbitrary values of the anisotropy. Perhaps surprisingly, the anisotropic value can be larger or smaller than the isotropic one, and moreover, this depends on whether the comparison is made at equal temperatures or at equal entropy densities. Finally, the screening length for quarkonium mesons in the anisotropic plasma is computed. The most important result is that not only can the temperature cause the dissociation of mesons, but anisotropy itself, even at zero temperature, may be responsible for it. Lastly, the duality is applied to the holographic description of anisotropic p-wave super- fluids, and a gravitational model is used to perform a complete analysis of their transport phenomena in the superfluid phase. The thermoelectric, piezoelectric and exoelectric effects are thoroughly studied. The results reproduce characteristic features of both superfluids and superconductors. In particular, the viscosities of the fluid deviate from the universal value, as is expected in an anisotropic condensed phase. An additional viscosity coeficient, associated to the difference in normal stresses and not previously considered in the holographic context, is also computed.
El propósito de esta tesis es presentar una serie de nuevas aplicaciones de la dualidad gauge/gravedad a áreas de la física de altas energías y de la materia condensada. La mencionada dualidad se ha convertido en un amplio y extenso campo, y las contribuciones resaltadas en esta tesis se unen a la creciente recopilación de evidencia que la apoya. La mayoría del trabajo realizado se refiere al estudio del plasma de quarks y gluones, un estado de la materia que podría permitir ser aproximado por simples descripciones gravitatorias y que es, al mismo tiempo, accesible experimentalmente. Esto daría la posibilidad de poner a prueba las predicciones cualitativas que se derivan de cálculos holográficos como los contenidos en esta tesis. Uno de ellos recoge la predicción de que un quark pesado moviéndose lo suficientemente rápido a través del plasma de quarks y gluones podría perder energía por radiación Cherenkov de mesones. Un énfasis especial se da al hecho de que este efecto tiene lugar en todos los plasmas fuertemente acoplados en el límite de gran N(c), siempre y cuando tengan un dual de gravedad. Por otra parte, se hace un extenso uso de una solución de supergravedad IIB dual a un plasma de N = 4 súper Yang-Mills anisotrópico a temperatura finita. La motivación viene del hecho de que el plasma de quarks y gluones creado en colisiones de iones pesados es anisotrópico. El análisis se centra en tres observables importantes del plasma: La fuerza de arrastre experimentada por un quark masivo que se propaga en el plasma, el parámetro de jet quenching para direcciones y valores de la anisotropía arbitrarios, y la longitud de apantallamiento de mesones de quarkonium en el plasma anisotrópico. Finalmente, se aplica la dualidad a la descripción holográfica de superufluídos de onda p. Se usa un modelo gravitatorio para realizar un análisis completo de sus fenómenos de transporte en la fase superufluídica. Los efectos termoeléctrico, piezoeléctrico y exoeléctrico se estudian en detalle. Los resultados reproducen características típicas tanto de superufluídos como de superconductores. También se calcula un coeficiente de viscosidad adicional, asociado a la diferencia de esfuerzos normales y no considerado previamente en el contexto holográfico.

La tesi tracta, des del punt de vista de l’anàlisi de dades, la possibilitat de detecció directa d’ones gravitatòries emeses per sistemes binaris d’objectes compactes de massa similar: forats negres, estels de neutrons, nanes blanques. En els capítols introductoris, a) es dóna una descripció detallada i exhaustiva de com passar dels patrons d’ona teòrics a la senyal detectada; b) s’introdueixen les eines més emprades en l’anàlisi de dades d’ones gravitatòries, amb especial menció a la discussió sobre les amplituds efectiva i característica. A més, els resultats originals de la tesi segueixen tres línies de recerca diferents: 1) S’ha predit la precisió amb la que el futur detector interferomètric espacial LISA, estimarà els paràmetres (posició, masses, velocitat de rotació, paràmetres cosmològics…) de les observacions de xocs entre dos forats negres supermassius en la fase “inspiral”. 2) S’ha desenvolupat un algorisme propi de cerca de senyals gravitatòries procedents de sistemes binaris estel•lars, basat en teories de probabilitat Bayesiana i MCMC. Aquest algorisme distingeix alhora milers de senyals superposades en una única sèrie temporal de dades, extraient paràmetres individuals de cadascuna d’elles. 3) S’ha definit de manera matemàtica rigorosa com determinar el rang de validesa (per a extracció de paràmetres i detecció) de models aproximats de patrons d’ones gravitatòries, aplicant-ho a un cas concret de models semi-analítics
La tesis trata, desde el punto de vista del análisis de datos, la posibilidad de detección directa de ondas gravitacionales emitidas por sistemas binarios de objetos compactos de masa similar: agujeros negros, estrellas de neutrones, enanas blancas. En los capítulos introductorios, a) se desarrolla una descripción detallada y exhaustiva de como pasar de los patrones de onda teóricos a la señal detectada; b) se introducen las herramientas más utilizadas en el análisis de datos de ondas gravitacionales, con especial mención a la discusión sobre las amplitudes efectiva y característica. Además, los resultados originales de la tesis siguen tres líneas de investigación diferentes: 1) Se ha predicho la precisión con la que el futuro detector interferométrico espacial LISA, estimará los parámetros (posición, masas, velocidad de rotación, parámetros cosmológicos…) de las observaciones de choques entre dos agujeros negros supermasivos en la fase “inspiral”. 2) Se ha desarrollado un algoritmo propio de búsqueda de señales gravitacionales procedentes de sistemas binarios estelares, basado en teorías de probabilidad Bayesiana y MCMC. Este algoritmo distingue a la vez miles de señales superpuestas en una única serie temporal de datos, extrayendo parámetros individuales de cada una de ellas. 3) Se ha definido de manera matemática rigurosa como determinar el rango de validez (para extracción de parámetros y detección) de modelos aproximados de patrones de ondas gravitacionales, aplicándolo a un caso concreto de modelos semi-analíticos.
In this PhD thesis one studies, from the data analysis perspective, the possibility of direct detection of gravitational waves emitted by similar mass compact binary objects: black holes, neutron stars, white dwarfs. In the introductory chapters, a) a detailed and exhaustive description about how to derive the detected strain from the theoretical emitted waveform predictions is given; b) the most used gravitational wave data analysis results are derived, being worth pointing out the discussion about effective and characteristic amplitudes. Moreover, three different research lines have been followed in the thesis: 1) It has been predicted the parameter estimation (position, masses, spin, cosmological parameters…) of supermassive black hole binary inspiral signals, observed with the future interferometric space detector, LISA. 2) A new algorithm, based on Bayesian probability and MCMC techniques, has been developed in order to search for gravitational wave signals from stellar-mass binary systems. The algorithm is able to distinguish thousands of overlapping signals from a single observed time series, allowing for individual parameter extraction. 3) It has been, mathematically and rigorously, defined how to compute the validity range (for parameter estimation and detection purposes) of approximated gravitational waveform models, applying it to the particular case of closed-form models

Tesis (Lic. en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2016.
Se estudia la existencia de energías conservadas para las perturbaciones lineales con simetría axial en la región exterior del agujero negro de Schwarzschild, para perturbaciones que no han alcanzado el horizonte. Con dichas cantidades, se construyen cotas para la perturbación en la región exterior del agujero negro mediante técnicas de análisis funcional y desigualdades geométricas.
The existence of conserved energies for linear and axially symmetric perturbations of the exterior of the Schwarzschild black hole is studied, in particular for those perturbations which have not reached the event horizon. Using these conserved quantities, bounds for the linear perturbation are constructed with help of functional analysis and geometrical inequalities technics.

El problema de interacción entre agujeros negros se remonta a los orígenes de la relatividad general. Una solución que describe este tipo de sistemas es conocida y representa múltiples agujeros negros en equilibrio. En este trabajo nos proponemos como objetivo concreto, estudiar las ecuaciones de Einstein-Maxwell bajo la condición de estacionariedad. De esta forma queremos analizar si es posible mejorar las cotas halladas en algunos trabajos previos bajo esta hipótesis. Para ello y a fin de facilitar el estudio de estas ecuaciones, analizaremos las condiciones de borde de las funciones métricas involucradas. Esto nos llevará al límite de agujeros negros extremos, es decir, aquellos que están caracterizados por poseer la máxima cantidad de cargas y/o momento angular por unidad de masa en la familia.

Tesis (Lic. en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2021.
Este trabajo está enmarcado en el problema general de determinar cuáles datos semilla se mapean a datos iniciales físicos en variedades con finales asintóticamente cilíndricos y asintóticamente planos. Este tipo de datos iniciales describen agujeros negros con máximos valores de carga y momento angular por unidad de masa. El problema es de gran interés, no sólo teórico, sino también práctico, por su posterior evolución y estudio de colisiones de agujeros negros, emisión de ondas gravitacionales, etc. El objetivo central de este trabajo es explorar la existencia de datos iniciales para las ecuaciones de Einstein que describan agujeros negros extremos sin el requisito a priori de que pertenezcan a la clase Yamabe positivo. Esto se traduce en considerar métricas semilla que tengan escalar de curvatura no positivo en alguna región de la variedad. Para ello estudiamos la existencia de datos iniciales tipo trompeta en el caso CMC (Curvatura Media Constante) maximal, el caso CMC no maximal y finalmente, de mayor interés para nosotros, en el caso no CMC. El sistema de ecuaciones de vínculo en esta situación es complejo porque consiste de 4 ecuaciones acopladas no lineales con un comportamiento asintótico singular en uno de los finales de la variedad. Prestamos especial atención al efecto de un escalar de curvatura no positivo, sobre la existencia de soluciones. Probamos existencia de sub y supersoluciones de las ecuaciones de vínculo bajo diferentes condiciones tanto para la métrica de background como para los demás elementos del dato inicial semilla.
This work is framed in the general problem of determining which background data is mapped to physical initial data in manifolds with asymptotically cylindrical and asymptotically flat ends. This type of initial data describes black holes with maximum values of charge and angular momentum per unit mass. The problem is of great interest, not only theoretical, but also numerical, due to its subsequent evolution and study of black hole collisions, emission of gravitational waves, etc. The main objective of this work is to explore the existence of initial data for the Einstein equations which describe extreme black holes without the requirement that they belong to the positive Yamabe class. Namely considering seed metrics that have a non-positive curvature scalar in some region of the manifold. For this we study the existence of initial trumpet-like data in the maximal CMC case, the non-maximal CMC case and finally, of greater interest to us, in the non-CMC case. The system of constraint equations in this situation is complex because it consists of 4 non-linear coupled equations, with singular asymptotic behavior at one end of the manifold. We pay special attention to the effect of a non-positive scalar of curvature on the existence of solutions. We prove the existence of sub and supersolutions of the constraint equations under different conditions both for the background metric and for the other elements of the initial seed data.
Fil: Stauber López, Daniela. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.

Una de las formas de extracción de energía a un agujero negro rotante es mediante el llamado Proceso Penrose, en el cual una partícula que entra en la ergoesfera de Kerr se divide en dos, una de las cuales se dirige hacia la singularidad, y la otra es eyectada con una energía mayor a la que traía, con la consecuente disminución de la velocidad angular del agujero negro. La otra forma es su análogo ondulatorio llamado superradiancia, donde la energía de rotación es disminuida a través del proceso de scattering de una onda incidente. Este fenómeno ocurre para campos escalares, campos electromagnéticos y ondas gravitacionales. Se busca mediante simulación numérica observar este proceso para el caso escalar.

Se estudia el concepto de fuerza entre agujeros negros relacionado a la presencia de singularidades cónicas, tanto en el caso de conguraciones axialmente simétricas, como sin simetría. Se obtienen desigualdades geométricas que contemplan los parámetros físicos del agujero, la constante cosmológica y las fuerzas de interacción para un sistema de múltiples agujeros negros.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2016.
En esta tesis se aborda uno de los problemas abiertos más clásicos de la relatividad general, la estabilidad de la métrica de Kerr. Nos enfocamos puntualmente a la estabilidad a orden lineal ante perturbaciones gravitacionales con simetría axial. Nuestro esfuerzo muestra la existencia de una energía positiva y conservada para el caso de Kerr extremo. Con esta energía se obtienen cotas integrales para dichas perturbaciones. De estas cotas se deducen estimaciones puntuales para la perturbación fuera del horizonte.
Fil: Gentile de Austria, Ivan. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.

El propósito de la presente tesis es presentar un estudio de los efectos de la componente no-térmica en la corona, y ver si esto produce alguna característica distintiva en el espectro electromagnético que pueda ser detectada por instrumentos de última generación, tales como Fermi/GLAST y AGILE. Primero, en el Capítulo 2, se caracteriza la corona de un agujero negro usando algunas hipótesis básicas, que permiten estimar los valores de los parámetros físicos relevantes, como el campo magnético y la densidad de partículas. Luego, en el Capítulo 3, se calculan los tiempos de enfriamiento por las principales interacciones de los protones y de los electrones con los campos de materia, de radiación y el campo electromagnético. También se estiman los tiempos de enfriamiento de partículas secundarias (muones y piones cargados). El Capítulo 4 está dedicado al cálculo de las distribuciones de partículas a través de la resolución de las correspondientes ecuaciones de transporte en estado estacionario. Finalmente, en el Capítulo 5 se presentan estimaciones de la luminosidad en rayos γ producto de los procesos dominantes. La tesis se cierra con una discusión general y un análisis de las perspectivas para investigaciones futuras.

En la presente Tesis se realiza un estudio de los procesos físicos que producen la emisión electromagnética y de neutrinos a altas energías en la vecindad de agujeros negros estelares que acretan materia. Se estudia la inyección de partículas no térmicas en la corona de agujeros negros galácticos. Primero se caracteriza la región de interacción, detallando propiedades físicas básicas de los sistemas en estudio. Inicialmente se inyecta una población de electrones y protones relativistas, considerándose también la generación de partículas secundarias (piones, muones y pares electrón/positrón). Luego, se estiman los tiempos de enfriamiento por las diversas interacciones entre las partículas y los campos en la fuente. Una vez identificados los procesos radiativos más relevantes, se resuelve de manera auto-consistente el transporte de partículas masivas y de fotones. Este estudio se hace tanto para el estado estacionario, como para casos transitorios, como ser fulguraciones. Además de la emisión electromagnética y de neutrinos de la fuente, se estudia el impacto de los neutrones creados en las interacciones hadrónicas sobre el medio circundante de la corona. En particular, se investiga la inyección de neutrones como posible mecanismo para cargar de bariones un jet inicialmente dominado magnéticamente. Por último se hace una aplicación del método desarrollado para tratar el transporte de partículas relativistas en plasmas magnetizados, a las erupciones de rayos gamma. En este caso, se investiga la producción de neutrinos en el modelo de colapsar, abriéndose una nueva línea de trabajo. Para todos los sistemas estudiados se hacen predicciones sobre la emisión a muy alta energía y la producción de neutrinos; estos resultados podrán ser contrastados en un futuro cercano con nuevos detectores de rayos gamma y de neutrinos (e.g., CTA, IceCube).

Tesis (Lic. en Astronomía)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2011.
En este trabajo se presentan los fundamentos básicos sobre el fenómeno de actividad nuclear en galaxias. Se hace un particular énfasis en los núcleos activos del tipo Narrow Line Seyfert 1 (NLS1). Se describen los métodos disponibles para calcular la masa de los agujeros negros centrales, responsables de la actividad nuclear. Estos conceptos son utilizados para calcular la masa de los agujeros negros centrales de una muestra de 14 NLS1, con dos métodos distintos: masas viriales y masas basadas en la correlación de Tremaine et al (2002). Un análisis detallado de los perfiles de las líneas de emisión nucleares muestra la presencia de componentes anchas de las líneas permitidas, las cuales nos permitieron calcular masas viriales. Se discuten diferencias encontradas entre los dos métodos.
Eduardo Schmidt.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2020.
Se presenta por primera vez un sistema de coordenadas doblemente nulas completo y bien comportado en todo el espaciotiempo de Kerr, incluso en el eje de simetría. El método para construir la definición es original, está basado en las secciones centro de masa en el in nito nulo futuro; e involucra la solución de una ecuación diferencial no lineal, que se resuelve numéricamente a cualquier orden de precisión deseado. En tal construcción, como intersección de ambas coordenadas nulas, se obtiene una familia de super cies esferoidales, que serían la extensión natural de la coordenada tortuga de Schwarzschild, al caso de Kerr. Finalmente se desarrolla un esquema y código numérico característico para resolver la ecuación de un campo escalar sin masa en el espaciotiempo de Kerr, que hasta el momento no tiene antecedentes en la literatura.
It is presented for the first time a complete and well behaved null coordinate system all over Kerr spacetime, including on the axis of symmetry. The method for constructing the de nition is original, it is based on the center of mass sections at future null in finity; and involves the solution of a nonlinear differential equation, which is solved numerically to any desired precision order. In such construction, as an intersection of both null coordinates, a family of spheroidal surfaces is obtained, which would be the natural extension of the Schwarzschild turtle coordinate, to Kerr's case. Finally it is developed a numerical characteristic scheme and code, to solve the equation of a massless scalar eld in Kerr spacetime, which up to now hasn't any precedent in the literature.
Fil: Argañaraz, Marcos Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2018.
En el marco del problema de estabilidad de agujeros negros, esta tesis trata diversos aspectos de las ecuaciones de campos libres sin masa sobre espacio-tiempos curvos, con énfasis en espacios algebraicamente especiales que contienen agujeros negros como soluciones particulares. El enfoque central es el estudio de la posible correspondencia entre campos escalares y campos de spin superior, y de la existencia y origen de simetrías ocultas y ciertos mecanismos asociados a la teoría de twistors. Encontramos fórmulas explícitas de esta correspondencia, y mostramos que el patrón de simetrías subyacente se entiende desde el punto de vista de la covariancia conforme y la existencia de estructuras complejas en el espacio-tiempo. Analizamos también aspectos de estabilidad de los campos en el caso de agujeros negros estáticos asintóticamente anti-de Sitter. Estudiamos espacio-tiempos tanto de cuatro como de altas dimensiones.
In the context of the black hole stability problem, this thesis deals with several aspects of the massless free field equations on curved spacetimes, with emphasis on algebraically special spaces that contain black hole solutions as particular cases. The main approach is the study of the possible correspondence between scalar fields and higher spin fields, and of the existence and origin of hidden symmetries and certain mechanisms associated to twistor theory. We find explicit formulas for this correspondence, and we show that the underlying symmetry pattern is understood from the point of view of conformal covariance and the existence of complex structures on the spacetime. We also analyze aspects of the stability of the fields in the case of asymptotically anti-de Sitter static black holes. We study spacetimes of both four and higher dimensions.

A partir de enunciados de leyes invariantes ante inversión y traslación temporal, resultan procesos macroscópicos irreversibles. La fuente de irreversibilidad no se encuentra en las leyes mismas sino en las condiciones de borde o iniciales que exigimos a las ecuaciones que representan las leyes. En este trabajo, proponemos que el apantallamiento de corrientes electromagnéticas por el horizonte de eventos de un agujero negro en las soluciones a las ecuaciones de Maxwell determina, localmente, una dirección preferencial temporal para el flujo de energía electromagnética que sigue a la expansión del universo. Específicamente, calculamos el crecimiento del área del horizonte de eventos de un agujero negro debido a la expansión del universo y a la acreción de fotones del fondo cósmico de microondas (CMB), para distintos modelos cosmológicos. Encontramos que, para los modelos cosmológicos de Friedmann plano, abierto y cerrado, el cociente entre el área del horizonte de eventos de un agujero negro y el área de una hipersuperficie de tipo espacio comóvil a la expansión cósmica, es siempre mayor que uno. Esto implica que, para cualquier evento, el pasado y futuro causal no son simétricos, generando un flujo de de energía electromagnética no nulo hacia el futuro global que sigue la expansión del universo; relacionamos este flujo electromagnético con la segunda ley de la Termodinámica.

Tesis (Lic. en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2018.
En este trabajo se continuó el estudio numérico de formación de jets por agujeros negros viajandoa altas velocidades con respecto a un campo magnético uniforme comenzado en [1]. El esquema numérico implementado es el utilizado en [2] el cual presenta un esquema numérico 3D para la evolución de las ecuaciones de la electrodinámica force-freealrededor de un agujero negro de Kerr.Tratamos en este trabajo tres situaciones físicas distintas: i) Un agujero negro de Schwarzschild viajando con velocidades ortogonales al campo magnético asintóticamente uniforme. ii) Un agujero negro de Schwarzschild viajando con velocidades no ortogonales al campo magnético asintóticamente uniforme. iii) Un agujero negro de Kerr en la situación de i) donde el eje de rotación del agujero negro puede estar, o no, alineado con el campo magnético asintóticamente uniforme.
This work continues the numerical study of jet formation as result of black holes traveling with fast velocities with respect to a uniform magnetic eld, study that was started in [1]. The numerical scheme implemented is the one used in [2], which presents a novel 3D numerical implementation of the force-free electrodynamics evolution around a Kerr black hole. We study three different physical situations: i) A Schwarzschild black hole traveling with velocities that are orthogonal to the asymptotically uniform magnetic eld. ii) A Schwarzschild black hole traveling with velocities that are not orthogonal to the asymptotically uniform magnetic eld. iii) A Kerr black hole in the i) scenario, where the axis of rotation of the black can be aligned, or not, to the asymptotically uniform magnetic eld.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2011.
Los datos iniciales para agujeros negros extremos surgen como un límite singular en ciertas familias de datos para agujeros negros no extremos. En esta tesis se identifica dicho límite y se estudian la existencia, unicidad y propiedades básicas de estos datos. Se encuentra que uno de los finales asintóticamente planos de los datos en la familia se transforma en asiontóticamente cilíndrico al tomar el límite extremo. Por otro lado, se encuentra que existe una familia de datos iniciales que poseen el mismo momento angular y la misma área del final cilíndrico que Kerr extremo. Esta familia está arbitrariamente próxima a Kerr, preserva la simetría axial y la maximalidad. Finalmente se prueba una desigualdad entre el área del horizonte y el momento angular de un agujero negro axialmente simétrico de vacío con constante cosmológica.
María Eugenia Gabach Clément.
Ecuaciones de vínculo de Einstein -- Método conforme --Agujeros negros estacionarios -- Existencia de datos iniciales extremos de Bowen-York --Desigualdad entre momento angular y área de horizonte -- Espacios funcionales -- Definiciones y teoremas.

En este trabajo se estudian las propiedades nucleares de una muestra de 53 galaxias Narrow Line Seyfert 1, de las cuales 39 son del Hemisferio sur. Las mismas fueron observadas desde el Complejo Astronómico El Leoncito, en San Juan. Se lleva a cabo un estudio espectroscópico de estos objetos para analizar la dinámica nuclear y estudiar las propiedades de la región de líneas anchas (BLR), la región de líneas angostas (NLR) y la región de líneas intermedias (ILR). En la primera parte del trabajo se presentan los fundamentos básicos sobre la actividad nuclear en galaxias. Se estiman las masas de los agujeros negros centrales de las galaxias de la muestra y se encuentra que los objetos caen por debajo de la relación M-σ utilizando 5 líneas de emisión de la NLR como sustitutas de la dispersión de velocidades estelares. Se estudian además las asimetrías en la línea [OIII]λ5007 encontrando una correlación entre la misma y la masa de los agujeros negros.

El presente es un trabajo final de la Licenciatura en Física de la FaMAF, UNC enmarcado en la teoría de la Relatividad General y en particular dentro de la Relatividad General Numérica. En el trabajo se desarrolló el tema de los flujos colimados de energía o “Jets” generados por agujeros negros de Schwarzschild moviéndose con altas velocidades con respecto a un campo magnético uniforme. El tratamiento fue realizado vía simulaciones hechas con Onion, un código preexistente adaptado, como parte del trabajo, para nuestra situación. Evolucionamos el problema calculando el dato inicial de dos maneras distintas que comparten un mismo comportamiento asintótico. Con los resultados obtenidos calculamos diversas cantidades como la energía global, el flujo de Poynting (calculado de dos modos distintos), el flujo neto, las hojas de corriente presentes y la deformación de las líneas de campo magnético. Finalmente obtuvimos soluciones estables y que presentan flujos colimados de energía, es decir Jets.

Tesis (Doctor en Astronomía)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2017.
En el presente trabajo realizo un estudio de diferentes fenómenos físicos observados en distintos tipos de sistemas binarios que albergan componentes compactas. Estos estudios abarcan: un análisis espectroscópico de la estrella simbiótica PU Vul, utilizando observaciones tomadas a lo largo de 32 años; el estudio de la composición química del sistema V4641 Sgr; un estudio multi-frecuencia del sistema binario Swift J1753.5−0127; y un análisis espectroscópico del sistema IGR J17062−6143. Estos sistemas abarcan fenómenos comúnmente observados en el Universo, pero pobremente comprendidos. El objetivo general de este trabajo es entender mejor el rol que juegan los objetos compactos en la evolución estelar y los sistemas binarios en la evolución de la propia Galaxia.
In this thesis I develop a study of different physical phenomena, taking place in different types of binary systems, that harbour compact components. These studies include: a spectroscopic analysis of the symbiotic star PU Vul, using data taken during 32 years; a study of the chemical composition of the system V4641 Sgr; a multi-wavelenght study of the binary system Swift J1753.5−0127; and a spectroscopic analysis of the system IGR J17062−6143. These systems comprise a big amount of phenomena commonly observed, but poorly understood, in the Universe. The main objective of this thesis is to better understand the role of the compact objects in stellar evolution and the role of the binary systems in the evolution of the Galaxy.

Tesis (Lic. en Astronomía)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2020.
Desde hace dos décadas, se ha establecido una conexión entre estallidos de radiación gamma de larga duración (LGRB, cuya duración es mayor a 2 segundos) y supernovas (SNs) de tipo Ic-bl. Si bien, este vínculo ha sido fortalecido con el aumento de detecciones de estos eventos en los últimos años, aún quedan muchos interrogantes sobre su origen, características y mecanismos que los potencian. En el presente trabajo estudiamos una muestra de 5 SNs Ic-bl asociadas a LGRB. Mediante la implementación de un código hidrodinámico lagrangiano unidimensional, se calcularon diferentes modelos para las curvas de luz bolométricas y la evolución de la velocidad fotosférica. De esta manera, se lograron modelar 4 objetos de la muestra y se derivaron los parámetros físicos de sus progenitores y explosiones. Encontramos que es necesario asumir un modelo estelar masivo (∼11 Msol antes de explotar) y la formación de remanentes compactos compatibles con agujeros negros estelares (∼7 - 9 Msol).
Since two decades, a connection between long-duration gamma-ray bursts (LGRB, with duration more than 2 seconds) and type Ic-bl supernovae (SNs) has been established. Although this connection has been strengthened with the increase in detections of these events in recent years, many questions remain about their origin, characteristics and mechanisms that power them. In this work, we studied a sample of 5 SNe Ic-bl associated with LGRB. We determine the physical parameters of the explosion and its progenitor from the comparison of hydrodynamic models and the observations of their bolometric light curves and the evolution of the photospheric velocity. The models were calculated by implementing a one-dimensional lagrangian hydrodynamic code. We modeled 4 objects from the sample and their parameters were derived. We found that it is necessary to assume a massive stellar model (∼11 Msun before exploding) and the formation of compact remnants compatible with stellar black holes (∼7 - 9 Msun).
Fil: Favaro, María Elizabeth. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.

Tesis (Doctor en Astronomía)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2018.
Los núcleos activos de galaxias (AGN) se diferencian de las galaxias "normales" por el hecho de emitir una fracción significativa de energía que no puede ser explicada como resultado de procesos estelares. Esta fracción, proveniente de una región central muy compacta de la galaxia, es muy difícil de cuantificar. Los AGN del tipo "Narrow Line Seyfert 1" (NLS1) son una subclase de AGN con características de Seyfert 1 pero sin líneas anchas evidentes, lo cual implica grandes interrogantes sobre su estructura, dinámica y fuente central de excitación. A este tipo de galaxias se las define con el criterio de que el ancho a mitad de altura (FWHM) de la componente ancha de Hβ sea menor que 2000 km s-1 y que el cociente [OIII]λ5007/Hβ sea menor que 3. El estudio de los NLS1 puede brindarnos importante información sobre la evolución de los AGN y los mecanismos de ionización dominantes en las regiones más internas de estos objetos. Para estudiar estos objetos, seleccionamos una muestra de espectros a z < 0,1 obtenidos a partir del Sloan Digital Sky Survey. Utilizando la técnica de la síntesis espectral, separamos las diferentes componentes que contribuyen al espectro observado, a saber la componente estelar y no-estelar, y también la emisión del gas ionizado. En este trabajo se pretende cuantificar la contribución del núcleo activo al total del flujo observado y determinar el índice espectral más representativo en la región óptica del espectro en las galaxias NLS1. A partir de la técnica de síntesis espectral, también obtuvimos información sobre las diferentes poblaciones estelares presentes en estas galaxias. Por medio del espectro de emisión del gas, se determinó la dinámica y luminosidad de diferentes líneas de emisión, con las cuales estimamos masas de agujeros negros y tasas de acreción. Por último, se presenta un estudio detallado de la dinámica del gas y en particular de los vientos en la región central de la galaxia SDSS J093643.13+505249.6. Para ello se realizaron observaciones utilizando el Gemini Multi-Object Spectrographs con el Integral Field Unit (GMOS – IFU) en la región de Hβ + [OIII]λ5007 del espectro. De esta manera, obtuvimos mapas de flujo y de velocidades de estas líneas de emisión, con los cuales estimamos la extensión de los vientos en la región central de esta galaxia.
Active galactic nuclei (AGN) differ from "normal" galaxies in that they emit a significant fraction of energy that cannot be explained as the result of stellar processes. This fraction, coming from a very compact central region of the galaxy, is very difficult to quantify. Narrow Line Seyfert 1 (NLS1) AGNs are a subclass of AGNs with Seyfert 1 characteristics but without obvious broad lines, which implies big questions about their structure, dynamics and central source of excitation. These types of galaxies are defined by the criterion that the width at half maximum (FWHM) of the broad Hβ component is less than 2000 km s-1 and that the [OIII]λ5007/Hβ ratio is less than 3. The study of NLS1s can provide us with important information about the evolution of AGNs and the dominant ionization mechanisms in the innermost regions of these objects. To study these objects, we selected a sample of spectra at z < 0.1 obtained from the Sloan Digital Sky Survey. Using the spectral synthesis technique, we separate the different components contributing to the observed spectrum, namely the stellar and non-stellar component, and also the emission from ionized gas. In this work we aim to quantify the contribution of the active nucleus to the total observed flux and to determine the most representative spectral index in the optical region of the spectrum in NLS1 galaxies. From the spectral synthesis technique, we also obtained information about the different stellar populations present in these galaxies. By means of the gas emission spectra, we determined the dynamics and luminosity of different emission lines, with which we estimate black hole masses and accretion rates. Finally, a detailed study of the gas dynamics and in particular of the winds in the central region of the galaxy SDSS J093643.13+505249.6 is presented. For this purpose, observations were made using the Gemini Multi-Object Spectrographs with the Integral Field Unit (GMOS - IFU) in the Hβ + [OIII]λ5007 region of the spectrum. In this way, we obtained flux and velocity maps of these emission lines, with which we estimated the extent of the winds in the central region of this galaxy.
publishedVersion
Fil: Oio, Gabriel Andrés. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.

Tesis (Lic. en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2010.
Este trabajo trata sobre perturbaciones alrededor de Reissner-Nordström. La perturbación genérica de este sistema, admite un desacoplamiento en armónicos esféricos, y a su vez, en dos modos: escalar y vectorial. El modo vectorial ha sido ya estudiado en forma covariante, no así el escalar. En este trabajo se realiza la formulación covariante del modo escalar, llegando a obtener un conjunto de dos ecuaciones a partir de las cuales se pueden reconstruir las componentes de la métrica y del campo electromagnético perturbado.
Marcos Exequiel Atala