Orientadores: Adolfo Maia Junior, Carola Dobrigkeit Chinellato

Dissertação ( mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: O fenômeno de Ressonância Paramétrica é atualmente o modelo mais aceito para explicar a enorme produção de matéria no Universo pós-inflacionário. Neste trabalho mostramos que este fenômeno também pode aparecer em modelos de estrelas de nêutrons sendo a peça chave para um mecanismo de...

Resumo: O fenômeno de Ressonância Paramétrica é atualmente o modelo mais aceito para explicar a enorme produção de matéria no Universo pós-inflacionário. Neste trabalho mostramos que este fenômeno também pode aparecer em modelos de estrelas de nêutrons sendo a peça chave para um mecanismo de produção de fótons em seu interior. O Capítulo 1 é uma introdução geral às estrelas de nêutrons. Descrevemos, resumida- mente, o comportamento da matéria no interior deste objeto, mostramos como obter uma Equação de Estado Politrópica, e também indicamos como um condensado de píons pode alterar a Equação de Estado. A existência deste tipo de condensado é fundamental para nosso trabalho. O Capítulo 2 introduz o fenômeno de Ressonância Paramétrica tal como ele é utilizado em Cosmologia, isto é, como um mecanismo para produção de matéria. Este capítulo mostra, de modo breve, a matemática que está por traz deste fenômeno. O Capítulo 3 traz a descrição do modelo de García-Bellido e Kusenko que descreve o fenômeno de Ressonância Paramétrica no modelo de colisão entre duas estrelas de nêutrons. O objetivo destes pesquisadores era o de aplicar este mecanismo de produção exponencial de matéria para explicar os jatos de raios gama que são detectados na alta atmosfera terrestre como um subproduto da colisão entre duas estrela de nêutrons. Após estes capítulos introdutórios apresentamos no Capítulo 4 o nosso modelo para produção de matéria em uma estrela de nêutrons isolada. Utilizamos em nosso modelo um condensado de píons acoplado ao campo eletromagnético da estrela de nêutrons. A solução para o condensado de píons aparece na equação de movimento para o campo eletromagnético como um potencial periódico. Neste caso, a equação de movimento para o campo eletro- magnético é classificada como uma Equação de Lamé. Este tipo de equação possui soluções estáveis e instáveis no espaço de parâmetros. As soluções instáveis (bandas de ressonância) descrevem uma produção exponencial de fótons. No Capítulo 5 fazemos uma análise do número de partículas e da densidade de ener-gia produzidas na primeira banda de ressonância através do mecanismo de Ressonância Pa- ramétrica. Desconsiderando o efeito de absorção de fótons pela matéria circundante tere-mos uma produção exponencial de partículas. No entanto, efeitos de absorção precisam ainda ser analisados já que os fótons produzidos podem alterar a evolução térmica da estrela e modificar sua Equação de Estado. Três apêndices complementam nosso trabalho. O primeiro (Apêndice A) traz algumas considerações fundamentais sobre as Equações de Rill. O segundo (Apêndice B) traz algumas deduções de fórmulas utilizadas para obtenção do Expoente de Floquet. O terceiro trata do Universo Inflacionário de Guth. Encerramos este trabalho com as Considerações Finais, onde fazemos uma análise mais crítica desta dissertação de mestrado

Abstract: The Parametric Resonance phenomenon is nowadays the most accepted model to explain the huge production of matter in the pos-infiationary Universe. In this work we show that this phenomenon can also appears in models of neutron stars describing the production of photons in its interior. The...

Abstract: The Parametric Resonance phenomenon is nowadays the most accepted model to explain the huge production of matter in the pos-infiationary Universe. In this work we show that this phenomenon can also appears in models of neutron stars describing the production of photons in its interior. The Chapter 1 is a general introduction to the neutron stars. We describe, the behavior of the matter in the interior of this object, we get a Politropic Equation of State and we show as a pion condensate can change the Equation of State. The existence of this condensed is fundamental for our work. The Chapter 2 introduces the phenomenon of Parametric Resonance as it is used in Cosmology, that is, as a mechanism for matter production. This chapter shows, also shortly, the mathematics needed to study this phenomenon. The Chapter 3 is the description of the model of García-Bellido and Kusenko describing the Parametric Resonance phenomenon in the collision among two neutron stars. These authors applied this mechanism of exponential production of matter to explain the jets of gamma-rays detected in high atmosphere, as a result fIam the collision among two neutron stars. After these introductory chapters we show in Chapter 4 our model for matter production in a single neutron star. We used in our model a pion condensate coupled to the electromag- netic field of the neutron star. The solution for the pion condensate appears in the equation of motion for the electromagnetic field as a periodic potential. In this case, the equation of motion for the electromagnetic field is classified as a Lamé's Equation. This equation type presents stable and unstable solutions in the space of parameters. The unstable solutions (resonance bands) describe an exponential photon production. In the Chapter 5 we make an analysis of the particle number and energy density produced in the first resonance band through Parametric Resonance mechanism. N eglecting effects of photon absorption by the surrounding matter we get an exponential production of parti- cles. Nevertheless, absorption effects need to be analyzed more carefully since the photons produced can change the thermal evolution of the star as well modify its Equation of State. Three appendixes complement our work. The first (Appendix A) presents some consi- derations about the Hill's Equation. The second (Appendix B) shows some derivations of formulas used to obtain the Floquet's Exponent. The third shows the Guth's Infiationary Universe. We finish this work with Final Remarks, where we offer a deeper analysis of our work