Mecanismos de geração de ondas gravitacionais em anãs brancas de alta rotação

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Manoel Felipe Sousa
• Orientador(a): José Carlos Neves de Araújo, Jaziel Goulart Coelho
• Banca de defesa: Odylio Denys de Aguiar, Márcio Eduardo da Silva Alves
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: The direct detection of gravitational waves (GWs) provided new branches of scientific studies and raised new questions about the behavior of astrophysical systems. Due to these great advances and the search for understanding of astrophysical sources that emit GWs in the frequency range of 10−4 to 10−1 Hz, efforts have been made for the development of space detectors such as, LISA (Laser Interferometer Space Antenna), BBO (Big Bang Observer) and DECIGO (DECi-hertz Interferometer Gravitational wave Observatory), in order to observe these sources that cannot be measured with terrestrial detectors. One of the candidate classes to be detected by these spatial instruments are the fast-rotating white dwarf (fast-rotating WDs). These WDs are peculiar remnants that emit pulses of energy presenting rotation periods of the order of seconds to a few minutes and have intense magnetic fields (106 G to 109 G). This stellar class supports an alternative model to describe a class of pulsar known as Soft Gamma Repeaters (SGRs) and Anomalous X-Ray Pulsars (AXPs), where, in this model, these objects are characterized as WD pulsars powered by rotation. In this work, we analyzed two mechanisms of GWs emission in fast-rotating WDs: acrection of matter when these ones are in a binary system, and deformation of the structure of the star due to the strong magnetic field. For this, we calculated the gravitational amplitude and energy for 3 binary systems: AE Aquarii, AR Scorpii and RX J0648.0-4418, considering the two processes of GW emission. We also investigated, for the first time in the literature, the gravitational counterpart of the SGRs/AXPs considering the formalism of WDs. For this analysis, we applied only the magnetic deformation mechanism. After the calculation, we concluded that, for the first mechanism, the systems AE Aquarii and RX J 0648.0- 4418 are good candidates to be observed by BBO and DECIGO if they have an amount of accumulated mass on one of the magnetic poles of (delta)m ≥ 10−5M. for 1 year of observation, while, for the second mechanism , the 3 analyzed systems require that WD has a magnetic field around 2 orders of magnitude higher than that is inferred by electromagnetic emission (107 G a 108 G). In addition, using the second mechanism, it was found that some SGRs/AXPs can be observed by BBO and DECIGO: 1E 1547.0-5408 and SGR 1806-20 are sources that can be observed for the entire considered mass range (0, 6M. ≤ MAB ≤ 1, 4M.) in 1 year of observation, for the sources SGR 1900+14, CXOU J171405.7-381031, Swift J1834.9-0846 and SGR 1627-41 will be detected with a 5-year observation time for the same mass range. Thereby, a possible detection of continuous GWs originated from these objects is a good indication that corroborates with the WD pulsar model because we noted that the SGRs and AXPs, in the Magnetar model (highly magnetized neutron stars), are far below the sensitivity curves of BBO and DECIGO and will not be detected by these instruments using this mechanism.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/02.14.19.49

A detecção direta de Ondas Gravitacionais (OGs) tem proporcionado novos ramos de estudos científicos e levantado novos questionamentos sobre o comportamento dos sistemas astrofísicos. Devido a esses grandes avanços e a busca pelo entendimento de fontes astrofísicas que emitem OGs na faixa de frequências de 10−4 a 10−1 Hz, esforços têm sido feitos para o desenvolvimento de detectores espaciais, tais como, o LISA (Laser Interferometer Space Antenna), o BBO (Big Bang Observer) e o DECIGO (DECi-hertz Interferometer Gravitational wave Observatory), com o intuito de observar essas fontes que não podem ser medidas com detectores terrestres. Uma das classes candidatas a serem detectadas por esses instrumentos espaciais são as anãs brancas (ABs) de alta rotação. Essas ABs são remanescentes peculiares que emitem pulsos de energia apresentando períodos de rotação da ordem de segundos a poucos minutos e possuem intensos campos magnéticos (106 G a 109 G). Essa classe estelar tem dado suporte a um modelo alternativo para descrever uma classe de pulsares conhecida como Soft Gamma Repeaters (SGRs) e Anomalous X − Ray Pulsars (AXPs), onde esses são caracterizados como pulsares de ABs alimentados pela rotação. Nessa dissertação, analisamos dois mecanismos de geração de OGs em ABs de alta rotação: acreção de matéria quando essas se encontram em um sistema binário, e deformação na estrutura da estrela em razão do intenso campo magnético. Para isso, calculamos a amplitude e a energia gravitacional para 3 sistemas binários: AE Aquarii, AR Scorpii e RX J0648.0-4418 considerando os dois processos de emissão de OGs. Ainda, investigamos, pela primeira vez na literatura, a contrapartida gravitacional dos SGRs/AXPs considerando o formalismo de ABs. Para essa análise, aplicamos apenas o mecanismo de deformação magnética. Após o cálculo, concluímos que, para o primeiro mecanismo, os sistemas AE Aquarii e RX J0648.0-4418 são bons candidatos a serem observados pelo BBO e DECIGO se possuírem um amontoado de massa em um dos polos magnéticos (delta)m ≥ 10−5M. para 1 ano de observação, enquanto que para o segundo mecanismo, os 3 sistemas analisados necessitam que a AB tenha um campo magnético em torno de 2 ordens de magnitude maiores do que são inferidos pela emissão eletromagnética (107 G a 108 G). Além disso, com o segundo mecanismo, foi encontrado que alguns SGRs/AXPs podem ser observados pelo BBO e DECIGO: 1E 1547.0-5408 e SGR 1806-20 são fontes que podem ser observadas para todo o intervalo de massa considerado (0, 6M. ≤ MAB ≤ 1, 4M.) em 1 ano de observação, já as fontes SGR 1900+14, CXOU J171405.7-381031, Swift J1834.9-0846 e SGR1627-41 serão detectadas com um tempo de observação de 5 anos para o mesmo intervalo de massa. Com isso, uma possível detecção de OGs contínuas provindas desses objetos corroboraria com o modelo de pulsares de ABs, pois notamos que os SGRs e AXPs, no modelo de magnetar (estrelas de nêutrons altamente magnetizadas), estão muito abaixo das curvas de sensibilidade do BBO e DECIGO e não serão detectados por esses instrumentos com esse mecanismo.