Astrophysical tests of strong-field gravity: pulse profile modeling and boundary conditions in neutron stars

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dc.contributor.advisor-co1Rueda Hernández, Jorge Armando
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4904-0014
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2748521487712356
dc.contributor.advisor1Coelho, Jaziel Goulart
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-9386-1042
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0298932683600051
dc.contributor.authorCosta, Tulio Ottoni Ferreira da
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3785-4918
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0721147143986351
dc.contributor.referee1Araújo, José Carlos Neves de
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4418-4289
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6217296674061205
dc.contributor.referee2Arbañil, José
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-2623-4900
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2580853999834669
dc.contributor.referee3Velten, Hermano Endlich Schneider
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-5155-7998
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/0282590467459210
dc.date.accessioned2025-06-03T19:04:05Z
dc.date.available2025-06-03T19:04:05Z
dc.date.issued2025-03-14
dc.description.abstractWe live in a golden age to explore gravity in the strong field regime of compact objects. Present and future multimessenger experiments will allow precision tests with high-energy electromagnetic radiation and gravitational waves, probing the relativistic environment of compact objects. This thesis comprises two main parts and explores the strong gravity of neutron stars (NS). In the first part, we compute bolometric light curves from emitting hot spots on the surface of pulsars in the context of the Scalar-Tensor theory of gravity. This calculation considers several relativistic ingredients that affect the observed flux, such as Doppler shift, light bending, and time delay. We show that highly compact NSs, with compactness close to GM/Rc2 ∼ 0.284, are ideal astrophysical laboratories to seek deviations of General Relativity (GR) because of the light curve’s sensitivity to the gravity theory. In the second part, we explore the possibility of non-rigid rotation of NSs, studying a toy model that captures the main idea of a stratified rotation. We show the impact of different parts of the NS rotating with different angular velocities on the moment of inertia, exploring some of its astrophysical consequences. Our study aims to call attention to possible systematics when performing inference of NS parameters by techniques such as the timing of radio pulses or pulse profile modeling when assuming that the star rotates rigidly.
dc.description.resumoVivemos em uma época de ouro para explorar a gravidade no regime de campos intensos de objetos compactos. Os experimentos multimensageiros atuais e futuros permitirão testes de precisão com radiação eletromagnética de alta energia e ondas gravitacionais, permitindo a investigação do ambiente relativístico de objetos compactos. Esta tese compreende duas partes principais e explora a gravidade intensa das estrelas de nêutrons. Na primeira parte, calculamos curvas de luz bolométrica a partir da emissão de pontos quentes (hot spots) na superfície de pulsares no contexto da teoria tensor-escalar da gravitação. Esse cálculo considera vários ingredientes relativísticos que afetam o fluxo observado, como o Doppler shift, o light bending e time delay. Mostramos que estrelas de nêutrons altamente compactas, com compactação próxima a GM/Re²~0,284, são laboratórios astrofísicos ideais para buscar desvios da Relatividade Geral (GR) devido à sensibilidade da curva de luz à teoria da gravidade. Na segunda parte, exploramos a possibilidade de uma rotação não rígida das estrelas de nêutrons, estudando um toy model que captura a ideia principal de uma rotação estratificada. Mostramos o impacto de diferentes partes da estrela girando com diferentes velocidades angulares no momento de inércia, explorando algumas de suas consequências astrofísicas. Nosso estudo tem como objetivo chamar a atenção para possíveis sistemáticos ao realizar a inferência dos parâmetros da estrela de nêutrons por meio de técnicas como o pulsar timing em sinais de rádio ou a modelagem do perfil de pulsos, ao presumir que a estrela gira rigidamente.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19690
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Astrofísica, Cosmologia e Gravitação
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Astrofísica, Cosmologia e Gravitação
dc.rightsopen access
dc.subjectAstrofísica
dc.subjectRelatividade geral
dc.subjectTeoria de campos
dc.subject.cnpqAstronomia
dc.titleAstrophysical tests of strong-field gravity: pulse profile modeling and boundary conditions in neutron stars
dc.typedoctoralThesis
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