A simple model of exotic compact objects : interaction with a scalar field

Abstract

Modelos de objetos compactos exóticos (OCEs) foram propostos nas últimas décadas como alternativas aos buracos negros. Esses modelos visam reproduzir a fenomenologia que caracteriza os (candidatos a) buracos negros observados. No entanto, para superar os problemas associados ao horizonte de eventos (e à consequente singularidade de curvatura, de acordo com o teorema de Penrose), estes OCEs não possuem horizonte de eventos. Nesta dissertação, exploramos um modelo simples de um OCE, descrito pela métrica de Kerr-Newman no exterior de uma superfície com condições de fronteira reflectivas, localizada fora do horizonte de eventos de Kerr-Newman. Nesta geometria, estudamos OCEs que podem estar em equilíbrio com con figurações estáticas de um campo escalar. Consideramos um campo escalar sem massa, tanto no caso eletricamente não carregado como no caso carregado, e obtemos, através de métodos analíticos, um conjunto discreto de raios críticos da superfície do OCE que podem suportar con figurações estáticas não triviais do campo escalar. Dentro deste conjunto discreto, o OCE com maior raio crítico separa os OCEs estáveis e instáveis relativamente à instabilidade superradiante, induzida por um campo escalar. O conjunto discreto de raios críticos da superfície do OCE foi construído para os três regimes diferentes da métrica de Kerr-Newman: regime sub-extremo, regime extremo e regime super-extremo. Estes espectros de ressonância dependem dos parâmetros físicos {a, Q, q, l,m }

Models of exotic compact objects (ECOs) have been proposed in the past decades as alternatives to black holes. These models aim at reproducing the phenomenology that characterises the observed black hole (candidates). However, to overcome the problems associated to the event horizon (and the consequent curvature singularity, following from Penrose's singularity theorem), these ECOs do not possess an event horizon. In this thesis, we explore a simple ECO model, described by the Kerr-Newman metric in the exterior of a surface wherein re ective boundary conditions are imposed, placed outside the event horizon of the Kerr-Newman geometry. We then study, on this geometry, ECOs that may be in equilibrium with static scalar eld con- gurations. We consider both electrically charged and uncharged massless scalar elds, and, using analytical methods, we obtain a discrete set of critical ECO surface radii that can support static scalar eld con gurations. Within this discrete set, the ECO with the largest critical surface radius separates stable and unstable Kerr-Newman-type ECOs against the superradiant instability induced by a scalar eld. The discrete set of ECO critical surface radii was constructed for three di erent regimes of the Kerr-Newman metric: sub-extremal regime, extremal regime and super-extremal regime. These resonance spectra are dependent on the physical parameters {a,Q,q,l,m}