Discos de acreción con magnetización alrededor de agujeros negros de Kerr

En la descripción magneto-hidrodinámica de sistemas astrofísicos usualmente se asume que los campos magnéticos son generados por corrientes de conducción. Sin embargo, la polarización magnética de la materia puede ser relevante en sistemas magnéticamente dominantes como discos de acreción, pulsares,...

Full description

Autores:
Pimentel Díaz, Óscar Mauricio
Tipo de recurso:
Doctoral thesis
Fecha de publicación:
2020
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/9566
Acceso en línea:
https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9566
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Palabra clave:
Magnetohidrodinámica Relativista (GRMHD)
Métodos Numéricos
Relatividad
Discos de Acreción
Inestabilidad de Kelvin-Helmholtz
Agujeros Negros
Susceptibilidad Magnética
Relativistic Magneohidrodynamics (GRMHD)
Numerical Methods
Relativity
Accretion Discs
Kelvin-Helmholtz Instability
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description En la descripción magneto-hidrodinámica de sistemas astrofísicos usualmente se asume que los campos magnéticos son generados por corrientes de conducción. Sin embargo, la polarización magnética de la materia puede ser relevante en sistemas magnéticamente dominantes como discos de acreción, pulsares, magnetares, entre otros. En esta tesis se presenta por primera vez el sistema de ecuaciones conservativas de la GRMHD con polarización magnética y se calcula su estructura de valores propios. Estos resultados se implementan en el código CAFE para simular choques unidimensionales e inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en fluidos diamagnéticos y paramagnéticos. Por otro lado, se presentan las primeras soluciones analíticas de discos de acreción magnéticamente polarizados alrededor de un agujero negro de Kerr, los cuales se evolucionan con el código Cosmos++ para estudiar su proceso de acreción. El estudio teórico y numérico realizado en este trabajo sobre la propagación de ondas y generación de inestabilidades en plasmas magnéticamente polarizados muestra que en fluidos diamagnéticos las ondas más rápidas se propagan con mayor velocidad que en fluidos paramagnéticos. Sin embargo, el estado inicial de plasmas paramagnéticos es más susceptible a formación de inestabilidades magneto-rotacionales y del tipo Kelvin-Helmholtz, y por lo tanto, a la amplificación de la energía magnética. Esto produce niveles de turbulencia magnética en procesos de acreción que podrían explicar la discrepancia actual entre simulaciones y observaciones de núcleos activos de galaxias.
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Sin embargo, la polarización magnética de la materia puede ser relevante en sistemas magnéticamente dominantes como discos de acreción, pulsares, magnetares, entre otros. En esta tesis se presenta por primera vez el sistema de ecuaciones conservativas de la GRMHD con polarización magnética y se calcula su estructura de valores propios. Estos resultados se implementan en el código CAFE para simular choques unidimensionales e inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en fluidos diamagnéticos y paramagnéticos. Por otro lado, se presentan las primeras soluciones analíticas de discos de acreción magnéticamente polarizados alrededor de un agujero negro de Kerr, los cuales se evolucionan con el código Cosmos++ para estudiar su proceso de acreción. El estudio teórico y numérico realizado en este trabajo sobre la propagación de ondas y generación de inestabilidades en plasmas magnéticamente polarizados muestra que en fluidos diamagnéticos las ondas más rápidas se propagan con mayor velocidad que en fluidos paramagnéticos. Sin embargo, el estado inicial de plasmas paramagnéticos es más susceptible a formación de inestabilidades magneto-rotacionales y del tipo Kelvin-Helmholtz, y por lo tanto, a la amplificación de la energía magnética. Esto produce niveles de turbulencia magnética en procesos de acreción que podrían explicar la discrepancia actual entre simulaciones y observaciones de núcleos activos de galaxias.DoctoradoDoctor en FísicaThe magnetohydrodynamic description of astrophysical systems usually assumes that magnetic fields are generated by conduction currents. Nevertheless, the magnetic polarization of matter could be relevant in some magnetically dominated regions such as accretion discs, pulsars, magnetars, among others. In this thesis we present for the first time the GRMHD system of equations with magnetic polarization and we compute its characteristic speeds structure. These results are implemented the CAFE code to simulate one-dimesional shocks and Kelvin-Helmholtz ins-tabilities in diamagnetic and paramagnetic fluids. On the other hand, we present the first analytic solutions describing magnetically polarized accretion discs around a Kerr black hole, which are evolved with the Cosmos++ computational code to obtain its accretion process. The theoretical and numerical study we have done in this work concerning the propagation of waves and the generation of instabilities in magnetically polarized plasmas shows that the fastest waves in diamagnetic fluids move with a higher speed than in paramagnetic ones. However, the initial state of paramagnetic plasmas is more susceptible to the formation of magneto-rotational and Kelvin-Helmholtz instabilities, and thence to the magnetic energy amplification. This effect produces magnetic turbulence that could explain the current discrepancy between simulations and observations of active galactic nuclei.https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001472264application/pdfspaUniversidad Industrial de SantanderFacultad de CienciasDoctorado en FísicaEscuela de FísicaMagnetohidrodinámica Relativista (GRMHD)Métodos NuméricosRelatividadDiscos de AcreciónInestabilidad de Kelvin-HelmholtzAgujeros NegrosSusceptibilidad MagnéticaRelativistic Magneohidrodynamics (GRMHD)Numerical MethodsRelativityAccretion DiscsKelvin-Helmholtz InstabilityBlack HolesMagnetic SusceptibilityDiscos de acreción con magnetización alrededor de agujeros negros de KerrAccretion Discs with Magnetization around Kerr Black HolesTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctoradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccehttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06TEXTDocumento.pdf.txtDocumento.pdf.txtExtracted texttext/plain224560https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/997d88f2-1ab3-4dd5-9019-ddab1c0121e9/download974a01fe2826e20590652bf1bb056754MD54Carta de autorización.pdf.txtCarta de autorización.pdf.txtExtracted texttext/plain2970https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/5bd4f41b-bc48-4fa5-ac99-19735151218e/download0ffa6f982a780a2f3af5f7e61a4513e6MD56Nota de proyecto.pdf.txtNota de proyecto.pdf.txtExtracted texttext/plain1864https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/d585e146-8aa5-4237-9025-55686a452a0e/download65a5803d9e66c65b72809cda92502b56MD58THUMBNAILDocumento.pdf.jpgDocumento.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg2823https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/a23a7f21-b115-4416-88b3-96b8a9b20096/download6efb98ec0344d63fa43523b99ba2d5f3MD55Carta de autorización.pdf.jpgCarta de autorización.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5509https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/3715aff0-4f0d-4437-aab3-b42e443f3eed/downloada20fe4a50306376eb131741a87da4815MD57Nota de proyecto.pdf.jpgNota de proyecto.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5522https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/e0612d01-5fdd-4180-9293-ca97d0453766/downloadd94238c79356625360728a4f9f17f0afMD59ORIGINALDocumento.pdfapplication/pdf8556742https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/29119696-7bcc-44d8-af04-763b3f276774/download5541168f48f3493551a2df75df57076dMD53Carta de autorización.pdfapplication/pdf151578https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/b82c62b7-4142-4cc4-abcc-6814bf0a9265/download91540ecea844a3c06a48d473e8476176MD51Nota de proyecto.pdfapplication/pdf497930https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/2e446bdd-2a3d-45eb-abfd-6a244133c25a/download76994f45e4e25e3bc2f651d8fae1b3a8MD5220.500.14071/9566oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/95662022-08-16 11:30:15.287http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessopen.accesshttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.co