Flujos electromagnéticos en agujeros de gusano rotantes

Abstract

El objetivo principal de la presente tesis es investigar si un agujero de gusano rotante puede emitir un flujo de Poynting en el proceso de acreción de materia y campos magnéticos. En particular, se desea establecer si el el mecanismo de Blandford-Znajek asociado con agujeros negros en rotación puede también aplicarse a esta clase particular de espacio-tiempos. La tesis comienza con una breve introducción de los principios fundamentales de la teoría de la Relatividad General. Se presentan algunas soluciones exactas de las ecuaciones de campo de Einstein que representan agujeros negros. Luego, se discuten las propiedades generales de un agujero de gusano y algunas soluciones estáticas y rotantes. A los fines de esta tesis, se estudiará la solución de agujero de gusano rotante de Damour-Solodukhin. Mostramos las características más relevantes de este espacio-tiempo: localización de garganta y ergósfera, análisis de los parámetros de la solución, y cálculo de órbitas circulares estables para partículas masivas. Posteriormente, hacemos una descripción detallada del mecanismo de Blandford-Znajek. Mostramos que, independientemente del sistema de coordenadas elegido para la descripción de un agujero negro de Kerr, el valor del flujo electromágnetico extraído mediante el mecanismo de Blandford-Znajek es el mismo. El Capítulo 4 es el central de la tesis. Aquí definimos una topología particular para el campo magnético inmerso en la ergosfera del agujero de gusano rotante de Damour-Solodukhin. Calculamos el correspondiente flujo de energía electromagnética para una rango de valores que caracterizan la geometría del agujero de gusano. Encontramos que el flujo de Poynting es de una magnitud similar al producido por un agujero negro de Kerr. La tesis ofrece un estudio detallado de las propiedades de una clase particular de agujero de gusano rotante. Por primera vez se muestra que esta clase de objetos son capaces de producir flujos de energía electromágnetica tal como los agujeros negros; es, pues, factible que bajo ciertas condiciones, los agujeros de gusano sean capaces de producir jets astrofísicos. En esta tesis, luego, se sientan las bases para toda una línea de investigación en agujeros de gusano que todavía no ha sido explorada.

The main objective of this thesis is to investigate whether a rotating wormhole can emit a Poynting flux in the process of matter accretion and magnetic field interactions. In particular, we aim to establish whether the Blandford-Znajek mechanism associated with rotating black holes can also be applied to this particular class of spacetimes. The thesis begins with a brief introduction to the fundamental principles of General Relativity theory. Some exact solutions of the Einstein field equations representing black holes are presented. Then, the general properties of a wormhole and some static and rotating solutions are discussed. For the purposes of this thesis, the rotating wormhole solution by Damour-Solodukhin will be studied. We highlight the most relevant characteristics of this spacetime: throat and ergosphere location, analysis of solution parameters, and calculation of stable circular orbits for massive particles. Subsequently, we provide a detailed description of the Blandford-Znajek mechanism. We demonstrate that, regardless of the coordinate system chosen to describe a Kerr black hole, the value of the electromagnetic flux extracted via the Blandford-Znajek mechanism remains the same. Chapter 4 is the core of the thesis. Here, we define a specific topology for the magnetic field immersed in the ergosphere of the Damour-Solodukhin rotating wormhole. We calculate the corresponding electromagnetic energy flux for a range of values characterizing the wormhole geometry. We find that the Poynting flux is of a magnitude similar to that produced by a Kerr black hole. The thesis provides a detailed study of the properties of a specific class of rotating wormholes. For the first time, it is shown that this class of objects is capable of producing electromagnetic energy flows similar to black holes; thus, it is feasible that under certain conditions, wormholes can produce astrophysical jets. This thesis lays the groundwork for an entire line of research in wormholes that has yet to be explored.