Emissão de Radiação Gravitacional em Fusões de Buracos Negros: Uma Modelagem Teórica e Computacional no Formalismo Característico

O estudo teórico e computacional de colisões de buracos negros e a consequente emissão de radiação gravitacional no processo é um dos temas de pesquisa mais investigados pela comunidade científica atual. As consequências dessas investigações levaram ao desenvolvimento de uma série de tecnologias avançadas, tais como, computadores de alto processamento, técnicas de cálculo e de análise numérica, construção de detectores de ondas gravitacionais, criação e desenvolvimento de software livre, assim como a inserção de modelos teóricos que testem os limites desta área de pesquisa. O objetivo principal desta tese é estabelecer uma diferente via de análise do problema com a combinação de três fundamentações teóricas enquadradas na descrição característica do problema de valor inicial da Relatividade Geral; os formalismos de Newman-Penrose (NP), de Bondi-Sachs (BS) e de Robinson-Trautman (RT). Os espaços-tempos de Robinson-Trautman servem de base tanto para a construção de dados iniciais que representam uma colisão frontal de buracos negros quanto para a descrição da evolução dinâmica a partir destes. Toda a análise da dinâmica característica é feita a partir da integração numérica da equação mestra axial de Robinson-Trautman com a utilizaçao de técnicas numéricas Espectrais e de Runge-Kutta. Os formalismos de Newman-Penrose e de Bondi-Sachs são responsáveis pela caracterização da zona de radiação gravitacional e pela descrição das leis de conservação de energia e de momento linear, respectivamente. Os dados iniciais para a dinâmica RT já possuem um único horizonte aparente global, descrevendo a colisão de buracos negros a partir da fase de fusão. A análise dos resultados obtidos numericamente se concentra principalmente nos padrões angulares e temporais das ondas gravitacionais, na eficiência da extração de massa-energia, na distribuição de momento linear do buraco negro remanescente da colisão, nas leis de conservação de energia e momento e nas velocidades de recuo do sistema geradas pelo impulso das ondas emitidas.