Hairy black holes and bosonic stars: linear and non-linear solutions and their properties

O paradigma do buraco negro de Kerr é, à data, o mais bem sucedido na explicação

da natureza dos objetos astrofísicos mais compactos do Universo. No entanto, certos

problemas teóricos em aberto, bem como as limitações das observações atuais, motivam a

procura de alternativas, cujas propriedades desafiam o paradigma vigente. Entre as muitas

possibilidades, apenas algumas parecem ser sólidas e de potencial relevância astrofísica. É

esse o caso dos buracos negros com cabelo sincronizado e das estrelas bosónicas, duas

famílias de objetos compactos exóticos cuja existência depende de campos bosónicos

hipotéticos.

Esta tese de doutoramento é uma compilação de trabalhos de investigação sobre a

física desses objetos compactos. Os capítulos são, na sua maioria, reimpressões de

trabalhos de investigação publicados em revistas científicas com revisão por pares. O

Capítulo 2 estuda em detalhe o estado fundamental dos buracos negros com cabelo de

Proca, nomeadamente as suas versões lineares, conhecidas como nuvens estacionárias. O

Capítulo 3 discute a lógica subjacente à existência de nuvens estacionárias, que requer um

mecanismo de retroalimentação.

O Capítulo 4 apresenta um limite superior para a “pilosidade” de buracos negros com cabelo sincronizado formados através do crescimento e saturação do modo superradiante dominante de buracos negros de Kerr. O Capítulo 5 considera esses buracos negros cabeludos de um ponto de vista termodinâmico. Apesar de serem entropicamente favorecidos, estes objetos compactos são localmente instáveis no conjunto canónico, mesmo quando bifurcam de buracos negros de Kerr localmente estáveis, e correspondem, por isso, a uma nova fase.

Por fim, o Capítulo 6 analisa perturbações radiais lineares de estrelas bosónicas esfericamente simétricas no domínio da frequência, confirmando e estendendo resultados existentes na literatura. Inclui o cálculo dos modos normais fundamentais destas estrelas, bem como uma discussão sobre critérios de estabilidade linear.