Shear-driven Instabilities in Hall-Magnetohydrodynamic Plasmas

The large-scale dynamics of plasmas is well described within the framework of magnetohydrodynamics (MHD). However, whenever the ion density of the plasma becomes sufficiently low, the Hall effect is likely to become important. The role of the Hall effect has been studied in several astrophysical plasma processes, such as magnetic reconnection, magnetic dynamo, MHD turbulence or MHD instabilities. In particular, the development of small-scale instabilities is essential to understand the transport properties in a number of astrophysical plasmas. The magneto-rotational instability, which takes place in differentially rotating accretion disks embedded in relatively weak magnetic fields, is just one example. The influence of the large-scale velocity flows on small-scale instabilities is often approximated by a linear shear flow. In this paper we quantitatively study the role of the Hall effect on plasmas embedded in large-scale shear flows. More precisely, we show that an instability develops when the Hall effect is present, which we therefore term as the Hall magneto-shear instability. As a particular case, we recover the so-called magneto-rotational instability and quantitatively assess the role of the Hall effect on its development and evolution.Fil: Bejarano, Cecilia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Gomez, Daniel Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Brandenburg, Axel. University Center; Sueci

Kerr geometry in f(T) gravity

Null tetrads are shown to be a valuable tool in teleparallel theories of modified gravity. We use them to prove that Kerr geometry remains a solution for a wide family of theories of gravity.Fil: Bejarano, Cecilia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Ferraro, Rafael. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Guzmán Monsalve, María José. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; Argentin

Thin-shell wormholes in (2 + 1) -dimensional F(R) theories

We construct a broad family of thin-shell wormholes with circular symmetry in (2 + 1) -dimensional F(R) theories of gravity, with constant scalar curvature R. We study the stability of the static configurations under perturbations preserving the symmetry. We present examples of charged thin-shell wormholes which are asymptotically anti-de Sitter at both sides of the throat. We show that stable solutions are possible when suitable values of the parameters are taken.Fil: Bejarano, Cecilia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Eiroa, Ernesto Fabian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Figueroa Aguirre, Griselda Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; Argentin

Reflections on the covariance of modified teleparallel theories of gravity

We review the current status of the Lorentz covariance in teleparallel and modified teleparallel theories of gravity, and discuss the controversial features of the different approaches. We also revisit the issue of the remnant Lorentz gauge symmetries in f(T) gravity.Fil: Bejarano, Cecilia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Ferraro, Rafael. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Fiorini, Franco Luis. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia D/area Invest y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Des. Tec. y Proyectos Especiales. Departamento de Ingenieria En Telecomunicaciones.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Guzmán Monsalve, María José. Universidad de La Serena; Chile. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Theoretical and numerical study of Hall-MHD instabilities in shear flows

La presente Tesis se propone, como objetivo general, contribuir al estudio de los plasmas astrofísicos que conforman diversas configuraciones en el Universo; mientras que, como objetivo específico, se plantea investigar el desarrollo de inestabilidades en la microescala de plasmas completamente ionizados. En concreto, se analiza el rol del efecto Hall en la dinámica microscópica asociada a pequeñas parcelas de fluido inmersas en un flujo macroscópico tipo shear. A tal fin, se utiliza como marco teórico las ecuaciones de la teor´ıa magnetohidrodinámica, en la aproximación shearing-box, teniendo en cuenta los términos adicionales correspondientes a las corrientes de Hall. Puntualmente, se estudia la evolución de una nueva inestabilidad a la cual se nombra Hall-MSI (Hall Magneto-Shear Instability). Con este propósito, se desarrolla un modelo analítico que proporciona una descripción del comportamiento de esta inestabilidad en el régimen lineal. Los resultados teóricos obtenidos se corroboran a su vez mediante cálculos numéricos. Asimismo, las simulaciones numéricas son fundamentales para abordar el estudio de la evolución no lineal del sistema. La comprensión de los procesos físicos involucrados en la microescala, responsables de los mecanismos de transporte, presumiblemente permitirá desarrollar modelos macroscópicos que profundicen los conocimientos de distintos fenómenos astrofísicos. En este contexto, el trabajo efectuado en esta Tesis resulta especialmente importante en el análisis de los procesos de acreción y de los mecanismos de eyección, sustentación y colimación de los denominados jets. Por un lado, el efecto Hall ciertamente modifica la inestabilidad magneto-rotacional, principal candidato para explicar el origen de la microturbulencia en discos de acreción. Por el otro, el desarrollo de la inestabilidad Hall magneto-shear podría afectar la evolución de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz, particularmente relevante en la interfaz entre jet y medio circundante.The present Thesis aims to contribute to the study of astrophysical plasmas which are ubiquitous in the Universe in several configurations, dealing with the development of micro instabilities in fully ionized plasmas. It specifically adresses the role of the Hall effect in the dynamics of the micro-scale associated to small parcels of fluids embedded in a macroscopic shear flow. For this purpose, the framework of magnetohydrodynamics in the shearing-box approximation is adopted, with additional terms related to the Hall currents. Moreover, it studies the evolution of a new instability called Hall-MSI (Hall Magneto-Shear Instability). To this end, an analitical model is developed in order to describe the linear behavior of this instability. Furthermore, the theoretical results are corroborated by numerical simulations. In addition, the numerical approach allows to extend the evolution into the non-linear regime. The comprehension of the physical processes involved in the microscopic scales, which are responsible for the transport mechanisms, will hopefully contribute to develop macroscopic models to improve the knowledge of many astrophysical phenomena. In this context, the results reported in this Thesis may be important to enhance the understanding of the physics regarding accretion processes and launching, collimation and sustain mechanisms of astrophysical jets. On the one hand, the Hall effect certainly modifies the magneto-rotational instability, which is the main candidate to explain the origin of the microscopic turbulence in accretion disks. On the other hand, the Hall magneto-shear instability might affect the development of the Kelvin- Helmholtz instability, which is relevant at the interface between the jet and the surrounding environment.Fil:Bejarano, Cecilia Soledad. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Role of the Hall effect on the magnetorotational instability

Within the framework of magnetohydrodynamics, the Hall effect might become nonnegligible either in fully ionized low density plasmas or in cold plasmas with a low ionization fraction . We address the role of the Hall current in the development of the magnetorotational instability. The instability criterion and the instability growth rate are derived from a one-dimensional model.Fil: Bejarano, Cecilia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Gomez, Daniel Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; Argentin

What is a singular black hole beyond General Relativity?

Exploring the characterization of singular black hole spacetimes, we study the relation between energy density, curvature invariants, and geodesic completeness using a quadratic f (R) gravity theory coupled to an anisotropic fluid. Working in a metric-affine approach, our models and solutions represent minimal extensions of General Relativity (GR) in the sense that they rapidly recover the usual Reissner-Nordstrom solution from near the inner horizon outwards. The anisotropic fluid helps modify only the innermost geometry. Depending on the values and signs of two parameters on the gravitational and matter sectors, a breakdown of the correlations between the finiteness/divergence of the energy density, the behavior of curvature invariants, and the (in)completeness of geodesics is obtained. We find a variety of configurations with and without wormholes, a case with a de Sitter interior, solutions that mimic non-linear models of electrodynamics coupled to GR, and configurations with up to four horizons. Our results raise questions regarding what infinities, if any, a quantum version of these theories should regularize.Fil: Bejarano, Cecilia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciónes Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Astronomía y Física del Espacio. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Astronomía y Física del Espacio; ArgentinaFil: Olmo, Gonzalo J.. Universidad de Valencia; EspañaFil: Rubiera Garcia, Diego. Universidad de Lisboa; Portuga