Perturbações escalares e processos de extração de energia de buracos negros

Abstract

Uma das teorias físicas mais em evidência atualmente, responsável por reger o domínio das velocidades relativísticas e dos corpos de grande massa, é a Teoria da Relatividade Geral, postulada por Albert Einstein em 1915. Essa teoria introduz um novo conceito de gravidade, apresentando também uma previsão importante para esta pesquisa: a existência de buracos negros. Matematicamente, um buraco negro pode ser descrito por algumas das soluções das equações de Einstein, sendo definido como uma região do espaço-tempo com intensa ação gravitacional, delimitada por um horizonte de eventos. Uma vez que um buraco negro está continuamente interagindo com suas vizinhanças, é possível afirmar que ele também está em constante estado de perturbação, resultando em modos oscilantes neste buraco negro. Apesar da constatação de que nada escapa do horizonte de eventos, uma observação relevante é que, conforme a descrição de um buraco negro pela solução de Kerr das equações de Einstein, é possível extrair energia rotacional deste buraco negro por meio de processos específicos. Neste trabalho é feita uma revisão de alguns aspectos fundamentais e extremamente relevantes na pesquisa atual em relatividade geral, em particular na relacionada à física de buracos negros. Isso inclui a introdução de fatos básicos sobre buracos negros, bem como técnicas perturbativas e extração de energia de buracos negros com rotação.

One of the most significant theories today, responsible for governing the realm of relativistic speeds and massive bodies, is the General Theory of Relativity postulated by Albert Einstein in 1915. This theory introduces a new concept of gravity, also presenting a crucial prediction for this research: the existence of black holes. Mathematically, a black hole can be described by some of Einstein’s equations solutions, defined as a region in spacetime with intense gravitational action, bounded by an event horizon. As a black hole continuously interacts with its surroundings, it can be stated that it is in a constant state of disturbance, resulting in oscillating modes within this black hole. Despite the observation that nothing escapes the event horizon, a relevant point is that, according to the description of a black hole by the Kerr solution of Einstein’s equations, it is possible to extract rotational energy from this black hole through specific processes. This work reviews some fundamental and extremely relevant aspects of current research in general relativity, in particular that related to black hole physics. This includes the introduction of basic facts about black holes, as well as perturbative techniques and energy extraction from rotating black holes.