Influencia de plasmas astrofísicos en la desviación de la luz

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2022.

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Crisnejo, Gabriel Sebastián
Otros Autores: Gallo, Emanuel
Formato: doctoralThesis
Lenguaje:Español
Publicado: 2022
Materias:
Gravitación
Cosmología
Astrofísica
Relatividad general
Lentes gravitacionales
Plasmas astrofísicos
Gravitation
Cosmology
Astrophysics
General relativity
Gravitational lenses
Astrophysical plasmas
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/11086/25964
Aporte de:
Repositorio Digital Universitario (UNC) de Universidad Nacional de Córdoba
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Entre otros efectos, estos campos gravitacionales producen una desviación de los rayos de luz respecto de la trayectoria que seguirían si estos objetos masivos no estuvieran presentes, actuando de esta forma como focos deflectores. Este fenómeno ha sido y continúa siendo extensamente estudiado y se lo conoce comúnmente como efecto de lente gravitacional. Sin embargo, existen otros procesos físicos que intervienen en la propagación de la luz como es el caso de las distribuciones de plasma habidas tanto en el medio interestelar como en las nubes de gas ionizado presentes en algunas galaxias, mientras que a nivel del sistema solar, la distribución de electrones libres en la corona solar también afecta a los rayos de luz que se propagan en su vecindad. Este fenómeno es conocido usualmente como plasma lensing y si bien ha sido estudiado desde hace décadas, recientemente ha vuelto a tomar relevancia debido a la observación de diferentes fenómenos que ocurren en el Universo como son los eventos de dispersión extrema cuyo origen físico aún es desconocido. En esta tesis doctoral modelaremos dicho plasma como un plasma frío no magnetizado a fin de estudiar su influencia en la propagación de la luz. Para ello hemos extendido un método novedoso y originalmente aplicado al estudio de la desviación de la luz en gravedad pura al caso más general donde se tenga en cuenta la influencia del plasma. Dicho método basado en el teorema de Gauss-Bonnet, nos permite relacionar el ángulo de deflexión de los rayos de luz con la geometría de una determinada variedad Riemanniana 2-dimensional de una manera muy simple ya sea para espaciotiempos esféricamente simétricos como axialmente simétricos. En base al mismo, estudiaremos correcciones al ángulo de deflexión por distancias finitas tanto del observador al foco deflector como de la fuente al mismo, y también correcciones de orden superior que no suelen ser abordadas generalmente. Desarrollaremos a su vez expresiones para los escalares ópticos en términos de las propiedades del entorno plasmático y de distintas componentes del tensor energía-momento del foco deflector. A su vez, describiremos el movimiento de partículas cargadas en campos de Einstein-Maxwell haciendo uso de una correspondencia entre el comportamiento de éstas y el de la luz en medios plasmáticos particulares. Por último, implementaremos un estudio numérico y perturbativo sobre la ecuación de lente gravitacional, incluyendo la presencia del plasma en el régimen de lente fuerte, determinando la posición, forma y magnificación de las imágenes de fuentes lejanas extendidas, como a su vez de las curvas críticas y cáusticas que caracterizan al foco deflector. Light propagation across the Universe is influenced by different phenomena. Of particularly importance among them is the influence of the gravitational field of massive objects (e.g. galaxies, galaxy clusters, black holes) which produce the deflection of light-rays with respect to the trajectory they would follow if the massive bodies were not present. This phenomenon has been and continues to be extensively studied and it is commonly known as gravitational lensing effect. However, there exist other physical processes that affect light propagation, both at large scales, as in plasma distribution in the interstellar medium and ionized gas in some galaxies, as well as at solar system scales where free electrons in the solar corona also deflect light-rays in its vicinity. The plasma effect in light propagation is known as plasma lensing and, although this phenomenon has been known for decades, in recent years it has recently become relevant again due to the observation of different phenomena that occur in the Universe such as extreme scattering events whose physical origin is still unknown. In this thesis, we will model plasma as a non-magnetized cold fluid in order to study its influence on the propagation of light. For this, we will extend a geometrical method originally applied to the study of pure-gravity light-deviation to the more general setting including the effect of plasma. This method, based in the Gauss-Bonnet theorem, allows to link the light's deflection angle with the geometry of a 2-dimensional Riemannian manifold in a simple way in the spherically as well as in the axisymmetric cases. With this method, we also study corrections to the deflection angle due to finite distances between the observer and the deflecting focus as well between the observer and the source. We also study higher-order corrections which are usually ignored. We also present expressions for different optical scalars in terms of the properties of the plasma environment and the different components of the energy-momentum tensor. In turn, we describe the motion of charged particles in an Einstein-Maxwell field using a correspondence between their behaviour and that of light in a particular plasma medium. Finally, we implement a numerical and perturbative study of the gravitational lens equation including plasma, in the strong-lensing regime and we determine the position, shape and magnification of the images of far extended sources. We also identify critical curves and the caustics that characterize the deflecting lens. Fil: Crisnejo, Gabriel Sebastián. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina. 2022-06-08T13:11:23Z 2022-06-08T13:11:23Z 2022-05-11 doctoralThesis http://hdl.handle.net/11086/25964 spa Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

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