Trilha 01 · da geometria ao equilíbrio

TOV e Relatividade Geral

Reconstrua a métrica esférica, a função massa e a conservação radial até obter a equação de Tolman–Oppenheimer–Volkoff com suas condições de contorno.

passo01

A simetria esférica reduz a geometria a dois potenciais radiais.

Fixe a geometria e a matéria

entradaaprovada
\[G_{\mu\nu}=R_{\mu\nu}-\frac12Rg_{\mu\nu}=8\pi T_{\mu\nu}\]

A curvatura de Einstein é igual a oito pi vezes o tensor energia–momento.

operação aplicadaEscolha coordenadas adaptadas à simetria estática e represente a matéria por um fluido perfeito em repouso.
Cálculo linha por linha6 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Reduzir as equações de Einstein ao ansatz mínimo compatível com uma estrela estática, esférica e preenchida por fluido perfeito.

Antes de começar

  • Adotamos unidades \(G=c=1\) e assinatura métrica \((+---)\).
  • A coordenada \(r\) é o raio de área: uma esfera \(r\) constante tem área \(4πr^{2}\).
  • Estática e simetria esférica fazem todas as grandezas escalares dependerem somente de \(r\).
  1. Linha 1

    Comece pela equação geométrica

    \[G_{\mu\nu}=R_{\mu\nu}-\frac12R g_{\mu\nu}=8\pi T_{\mu\nu}\]
    O que fizemos

    Escrevemos a equação de campo na convenção que será usada em toda a trilha.

    Por que é válido

    Com \(G=c=1\), o acoplamento de Einstein é \(8π\); essa é a Eq. (2.1) da tese.

  2. Linha 2

    Use coordenadas adaptadas à simetria

    \[x^\mu=(t,r,\theta,\varphi),\qquad ds^2=A(r)dt^2-B(r)dr^2-r^2\!\left(d\theta^2+\sin^2\theta\,d\varphi^2\right)\]
    O que fizemos

    Eliminamos termos cruzados e dependências em t, \(θ\) e \(φ\), e fixamos \(r\) como raio de área.

    Por que é válido

    Estática, invariância por rotações e a escolha de coordenada radial permitem essa forma diagonal sem perder a classe de estrelas considerada.

  3. Linha 3

    Parametrize funções positivas por exponenciais

    \[A(r)=e^{\phi(r)},\qquad B(r)=e^{\psi(r)}\]
    O que fizemos

    Trocamos A e \(B\) pelos potenciais métricos \(φ\) e \(ψ\).

    Por que é válido

    No interior estático, A e \(B\) são positivos; a parametrização exponencial evita carregar restrições de sinal nas manipulações.

  4. Linha 4

    Normalize a velocidade do fluido em repouso

    \[u^\mu=\left(e^{-\phi/2},0,0,0\right),\qquad g_{\mu\nu}u^\mu u^\nu=e^\phi e^{-\phi}=1\]
    O que fizemos

    Impusemos repouso nas coordenadas escolhidas e resolvemos a normalização de \(u\).

    Por que é válido

    Para assinatura mais menos menos menos, uma quadrivelocidade física é temporal e satisfaz \(u\) ao quadrado igual a um.

  5. Linha 5

    Construa o fluido perfeito

    \[T_{\mu\nu}=(\rho+p)u_\mu u_\nu-pg_{\mu\nu}\qquad\Longrightarrow\qquad T^\mu{}_{\nu}=\operatorname{diag}(\rho,-p,-p,-p)\]
    O que fizemos

    Substituímos a velocidade comóvel na forma covariante do tensor de fluido perfeito.

    Por que é válido

    Isotropia exige a mesma pressão nas três direções espaciais; a assinatura explica os sinais das componentes mistas.

  6. Linha 6

    Reúna o ansatz estelar

    \[ds^2=e^{\phi(r)}dt^2-e^{\psi(r)}dr^2-r^2d\Omega^2,\qquad T^\mu{}_{\nu}=\operatorname{diag}(\rho(r),-p(r),-p(r),-p(r))\]
    O que fizemos

    Juntamos a geometria reduzida e a fonte material na mesma convenção.

    Por que é válido

    Esse é precisamente o conteúdo que deve ser inserido nas componentes \(00\) e \(11\) das equações de Einstein.

saídaaprovada
\[\begin{aligned}ds^2&=e^{\phi(r)}dt^2-e^{\psi(r)}dr^2-r^2\!\left(d\theta^2+\sin^2\theta\,d\varphi^2\right),\\ T^\mu{}_{\nu}&=\operatorname{diag}(\rho,-p,-p,-p).\end{aligned}\]

A estrela é estática, esfericamente simétrica e preenchida por um fluido perfeito com densidade rho e pressão \(p\).

Regra ou lema

  • Simetria esférica elimina dependências angulares e temporais dos potenciais.
  • No referencial comóvel, \(T^μ_ν\) tem uma entrada de densidade e três de pressão isotrópica.

Hipóteses

  • Unidades \(G=c=1\).
  • Assinatura \((+---)\).
  • Fluido perfeito, estático e isotrópico.
Checkpoint: consigo justificar este passo?

As funções desconhecidas são \(φ(r)\), \(ψ(r)\), \(ρ(r)\) e \(p(r)\); uma equação de estado ainda será necessária para fechar o problema.

passo02

A função \(m(r)\) torna geométrica a soma da energia dentro do raio \(r\).

Transforme a componente temporal em massa encerrada

entrada 1aprovada
\[G_{\mu\nu}=R_{\mu\nu}-\frac12Rg_{\mu\nu}=8\pi T_{\mu\nu}\]

A curvatura de Einstein é igual a oito pi vezes o tensor energia–momento.

entrada 2aprovada
\[\begin{aligned}ds^2&=e^{\phi(r)}dt^2-e^{\psi(r)}dr^2-r^2\!\left(d\theta^2+\sin^2\theta\,d\varphi^2\right),\\ T^\mu{}_{\nu}&=\operatorname{diag}(\rho,-p,-p,-p).\end{aligned}\]

A estrela é estática, esfericamente simétrica e preenchida por um fluido perfeito com densidade rho e pressão \(p\).

entrada 3aprovada
\[e^{-\psi(r)}=1-\frac{2m(r)}{r}\]

A função massa \(m\) de \(r\) é introduzida no potencial radial da métrica.

operação aplicadaInsira \(e^{-ψ}=1−2m/r\) na componente temporal das equações de Einstein e derive em relação a \(r\).
Cálculo linha por linha6 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Converter a componente temporal de Einstein em uma equação local para a massa encerrada \(m(r)\).

Antes de começar

  • Partimos da componente \(00\) da tese para a métrica esférica.
  • Definimos \(q(r)=e^{-ψ(r)}=1-2m(r)/r\).
  • Um apóstrofo significa derivada em relação a \(r\).
  1. Linha 1

    Escreva a componente temporal

    \[\frac{e^{-\psi}}{r^2}\left(-1+e^\psi+r\psi'\right)=8\pi\rho\]
    O que fizemos

    Selecionamos a componente \(00\) de \(G μ ν\) igual a oito pi \(T μ ν\).

    Por que é válido

    É a Eq. (2.5) da tese na assinatura adotada.

  2. Linha 2

    Troque a exponencial por \(q\)

    \[q=e^{-\psi},\qquad q'=-q\psi',\qquad \frac{1-q-rq'}{r^2}=8\pi\rho\]
    O que fizemos

    Usamos e elevado a psi igual a um sobre \(q\) e a regra da cadeia \(q\) linha igual a menos \(q\) psi linha.

    Por que é válido

    A substituição é algébrica e preserva exatamente a Eq. (2.5), sem escolher ainda uma forma para \(m\).

  3. Linha 3

    Introduza a massa de Schwarzschild

    \[q=1-\frac{2m}{r},\qquad q'=-\frac{2m'}{r}+\frac{2m}{r^2}\]
    O que fizemos

    Derivamos \(q\) usando a regra do quociente.

    Por que é válido

    Essa definição identifica \(m(r)\) com a massa encerrada e coincide com a relação usada entre as Eqs. (2.5) e (2.8).

  4. Linha 4

    Substitua \(q\) e \(q\) linha

    \[\frac{1-q-rq'}{r^2}=\frac{\frac{2m}{r}-r\left(-\frac{2m'}r+\frac{2m}{r^2}\right)}{r^2}=8\pi\rho\]
    O que fizemos

    Inserimos a definição de \(q\) e sua derivada na linha anterior.

    Por que é válido

    Nenhuma aproximação foi feita; apenas substituição termo a termo.

  5. Linha 5

    Cancele os termos sem derivada

    \[\frac{2m/r+2m'-2m/r}{r^2}=\frac{2m'}{r^2}=8\pi\rho\]
    O que fizemos

    Distribuímos o sinal e agrupamos os termos iguais.

    Por que é válido

    O cancelamento é a razão pela qual a definição \(q\) igual a um menos dois \(m\) sobre \(r\) simplifica a geometria.

  6. Linha 6

    Isole a derivada da massa

    \[\boxed{\frac{dm}{dr}=4\pi r^2\rho}\]
    O que fizemos

    Multiplicamos a igualdade por \(r^{2}\) sobre dois.

    Por que é válido

    O resultado é a Eq. (2.8) da tese e tem a forma densidade vezes volume da casca esférica.

saídaaprovada
\[\frac{dm}{dr}=4\pi r^2\rho\]

A massa encerrada cresce com o volume da casca e com a densidade local de energia.

Regra ou lema

  • Regra da cadeia.
  • Componente temporal \(G^t_t=8πρ\).

Hipóteses

  • \(m(r)\) é regular no centro.
  • \(ρ\) depende apenas de \(r\).
Checkpoint: consigo justificar este passo?

Integrar m′ de zero até a superfície reproduz a massa gravitacional total quando as condições de contorno são satisfeitas.

passo03

A componente radial informa quanto a pressão curva o tempo.

Isole o potencial temporal

entrada 1aprovada
\[G_{\mu\nu}=R_{\mu\nu}-\frac12Rg_{\mu\nu}=8\pi T_{\mu\nu}\]

A curvatura de Einstein é igual a oito pi vezes o tensor energia–momento.

entrada 2aprovada
\[\begin{aligned}ds^2&=e^{\phi(r)}dt^2-e^{\psi(r)}dr^2-r^2\!\left(d\theta^2+\sin^2\theta\,d\varphi^2\right),\\ T^\mu{}_{\nu}&=\operatorname{diag}(\rho,-p,-p,-p).\end{aligned}\]

A estrela é estática, esfericamente simétrica e preenchida por um fluido perfeito com densidade rho e pressão \(p\).

entrada 3aprovada
\[e^{-\psi(r)}=1-\frac{2m(r)}{r}\]

A função massa \(m\) de \(r\) é introduzida no potencial radial da métrica.

operação aplicadaUse a componente radial, substitua a função massa e resolva algebricamente para \(φ′\).
Cálculo linha por linha5 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Resolver a componente radial de Einstein para o gradiente \(φ′\) do potencial temporal.

Antes de começar

  • Usamos a mesma métrica com assinatura \((+---)\).
  • A matéria é um fluido perfeito, portanto \(T^r_r=−p\).
  • Trabalhamos na região estática \(r>2m(r)\), onde \(q=1−2m/r\) não se anula.
  1. Linha 1

    Escreva a componente radial

    \[\frac{e^{-\psi}}{r^2}\left(-1+e^\psi-r\phi'\right)=-8\pi p\]
    O que fizemos

    Selecionamos \(G r r\) igual a menos oito pi \(p\).

    Por que é válido

    Esta é a Eq. (2.6) da tese.

  2. Linha 2

    Substitua \(q\) igual a e menos psi

    \[\frac{1-q-qr\phi'}{r^2}=-8\pi p\]
    O que fizemos

    Usamos e menos psi igual a \(q\) e e psi igual a um sobre \(q\).

    Por que é válido

    A componente torna-se uma equação algébrica de primeiro grau para \(φ′\).

  3. Linha 3

    Isole o termo com phi linha

    \[qr\phi'=1-q+8\pi pr^2\]
    O que fizemos

    Multiplicamos por \(r^{2}\) e reorganizamos os termos.

    Por que é válido

    Apenas operações algébricas reversíveis foram usadas.

  4. Linha 4

    Insira a função massa

    \[\phi'=\frac{2m/r+8\pi pr^2}{r\left(1-2m/r\right)}=\frac{2m/r^2+8\pi pr}{1-2m/r}\]
    O que fizemos

    Substituímos \(q=1−2m/r\) e dividimos pelo coeficiente de \(φ′\).

    Por que é válido

    A divisão é permitida na região declarada, em que \(r\) é positivo e \(1−2m/r\) não é zero.

  5. Linha 5

    Coloque tudo em uma única fração

    \[\boxed{\phi'=\frac{2\left(m+4\pi r^3p\right)}{r(r-2m)}}\]
    O que fizemos

    Multiplicamos numerador e denominador pelas potências necessárias de \(r\) e fatoramos dois.

    Por que é válido

    Esta forma é algebricamente equivalente à componente (2.6); ela corrige o sinal isolado impresso na Eq. (2.9), incompatível com (2.6) e (2.11).

saídaaprovada
\[\phi'=\frac{8\pi pr+2m/r^2}{1-2m/r}=\frac{2\left(m+4\pi r^3p\right)}{r(r-2m)}\]

A componente radial das equações de Einstein determina o gradiente do potencial temporal.

Regra ou lema

  • Componente radial \(G^r_r=−8πp\).
  • Álgebra de frações com \(1−2m/r\).

Hipóteses

  • Exterior do horizonte local: \(r>2m(r)\).
Checkpoint: consigo justificar este passo?

O numerador contém \(m\) e \(4πr^{3}p\): na relatividade, a pressão também participa da gravidade ativa.

Fontes deste passo
passo04

A identidade de Bianchi obriga a matéria a obedecer uma equação radial.

Converta conservação em equilíbrio

entradaaprovada
\[\begin{aligned}ds^2&=e^{\phi(r)}dt^2-e^{\psi(r)}dr^2-r^2\!\left(d\theta^2+\sin^2\theta\,d\varphi^2\right),\\ T^\mu{}_{\nu}&=\operatorname{diag}(\rho,-p,-p,-p).\end{aligned}\]

A estrela é estática, esfericamente simétrica e preenchida por um fluido perfeito com densidade rho e pressão \(p\).

operação aplicadaCalcule a componente radial de \(∇_μT^μ_ν=0\) no referencial comóvel.
Cálculo linha por linha6 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Mostrar, componente por componente, como a conservação covariante se torna a equação de equilíbrio hidrostático.

Antes de começar

  • O tensor misto é \(T^μ_ν=diag(ρ,−p,−p,−p)\).
  • Não há fluxo radial de energia e todas as grandezas dependem apenas de \(r\).
  • A conexão é a conexão de Levi-Civita da métrica esférica.
  1. Linha 1

    Use a identidade de Bianchi

    \[\nabla_\mu G^\mu{}_{\nu}=0,\qquad G^\mu{}_{\nu}=8\pi T^\mu{}_{\nu}\qquad\Longrightarrow\qquad \nabla_\mu T^\mu{}_{\nu}=0\]
    O que fizemos

    Tomamos a divergência covariante dos dois lados da equação de Einstein.

    Por que é válido

    A identidade de Bianchi contraída é geométrica e a compatibilidade métrica preserva o fator constante \(8π\).

  2. Linha 2

    Selecione a componente radial

    \[0=\nabla_\mu T^\mu{}_{r}=\partial_\mu T^\mu{}_{r}+\Gamma^\mu{}_{\mu\lambda}T^\lambda{}_{r}-\Gamma^\lambda{}_{\mu r}T^\mu{}_{\lambda}\]
    O que fizemos

    Aplicamos a definição de derivada covariante a \(T\) com um índice acima e outro abaixo.

    Por que é válido

    Somente \(ν\) igual a \(r\) contém a equação independente de equilíbrio numa configuração estática e esférica.

  3. Linha 3

    Calcule a derivada ordinária

    \[\partial_\mu T^\mu{}_{r}=\partial_r T^r{}_{r}=\partial_r(-p)=-p'\]
    O que fizemos

    Eliminamos componentes fora da diagonal e derivamos \(T r r\).

    Por que é válido

    Estática e simetria esférica deixam apenas a derivada radial.

  4. Linha 4

    Cancele as conexões espaciais

    \[\Gamma^\mu{}_{\mu r}(-p)-\sum_\lambda\Gamma^\lambda{}_{\lambda r}T^\lambda{}_{\lambda}=-\Gamma^t{}_{tr}(\rho+p)\]
    O que fizemos

    Substituímos as quatro entradas diagonais e agrupamos os termos com pressão.

    Por que é válido

    A isotropia faz \(T r r\), \(T\) theta theta e \(T\) phi phi iguais; por isso as conexões espaciais aparecem com coeficientes opostos.

  5. Linha 5

    Avalie a conexão temporal

    \[\Gamma^t{}_{tr}=\frac12g^{tt}\partial_r g_{tt}=\frac12e^{-\phi}\partial_r e^\phi=\frac{\phi'}2\]
    O que fizemos

    Inserimos g tt igual a e phi na fórmula da conexão.

    Por que é válido

    A regra da cadeia cancela e menos phi com e phi.

  6. Linha 6

    Obtenha o equilíbrio radial

    \[0=-p'-\frac12(\rho+p)\phi'\qquad\Longleftrightarrow\qquad \boxed{p'=-\frac12(\rho+p)\phi'}\]
    O que fizemos

    Somamos os termos sobreviventes da divergência e isolamos \(p\) linha.

    Por que é válido

    O resultado coincide com a Eq. (2.10) da tese.

saídaaprovada
\[\nabla_\mu T^\mu{}_{r}=0\quad\Longrightarrow\quad p'=-\frac12(\rho+p)\phi'\]

A conservação radial do tensor energia–momento relaciona o gradiente de pressão ao potencial temporal.

Regra ou lema

  • Identidade contraída de Bianchi: \(∇_μG^μ_ν=0\).
  • Compatibilidade métrica.

Hipóteses

  • Não há fluxo radial de energia.
  • Pressão isotrópica.
Checkpoint: consigo justificar este passo?

A queda da pressão não foi postulada; ela é a consequência material da conservação covariante.

Fontes deste passo
passo05

A componente radial e a conservação agora fecham a derivada da pressão.

Monte a equação de TOV

entrada 1aprovada
\[\phi'=\frac{8\pi pr+2m/r^2}{1-2m/r}=\frac{2\left(m+4\pi r^3p\right)}{r(r-2m)}\]

A componente radial das equações de Einstein determina o gradiente do potencial temporal.

entrada 2aprovada
\[\nabla_\mu T^\mu{}_{r}=0\quad\Longrightarrow\quad p'=-\frac12(\rho+p)\phi'\]

A conservação radial do tensor energia–momento relaciona o gradiente de pressão ao potencial temporal.

operação aplicadaSubstitua \(φ′\) da equação de campo na relação de conservação e simplifique.
Cálculo linha por linha4 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Eliminar \(φ′\) entre a equação radial de Einstein e a conservação para obter uma EDO somente em \(m\), \(p\) e \(ρ\).

Antes de começar

  • Usamos \(φ′=2(m+4πr^{3}p)/[r(r−2m)]\).
  • Usamos \(p′=−(ρ+p)φ′/2\).
  • Mantemos \(r>2m(r)\) e \(ρ+p\) finito.
  1. Linha 1

    Parta da conservação

    \[p'=-\frac{\rho+p}{2}\,\phi'\]
    O que fizemos

    Escolhemos a relação que contém p′ explicitamente.

    Por que é válido

    Ela foi obtida da divergência covariante nula.

  2. Linha 2

    Substitua o gradiente métrico

    \[p'=-\frac{\rho+p}{2}\,\frac{2\left(m+4\pi r^3p\right)}{r(r-2m)}\]
    O que fizemos

    Inserimos \(φ′\) sem alterar os demais fatores.

    Por que é válido

    As duas expressões valem na mesma métrica, com a mesma assinatura e a mesma definição de \(m\).

  3. Linha 3

    Cancele o fator dois

    \[p'=-(\rho+p)\frac{m+4\pi r^3p}{r(r-2m)}\]
    O que fizemos

    Simplificamos \(2\) dividido por \(2\).

    Por que é válido

    O cancelamento não altera sinal nem domínio.

  4. Linha 4

    Exiba a forma equivalente da tese

    \[\boxed{\frac{dp}{dr}=-(\rho+p)\frac{4\pi pr+m/r^2}{1-2m/r}=-(\rho+p)\frac{m+4\pi r^3p}{r(r-2m)}}\]
    O que fizemos

    Dividimos numerador e denominador por \(r^{2}\) para recuperar a escrita da Eq. (2.11).

    Por que é válido

    Como \(r(r−2m)=r^{2}(1−2m/r)\), ambas as formas têm exatamente o mesmo valor.

saídaaprovada
\[\frac{dp}{dr}=-(\rho+p)\frac{m+4\pi r^3p}{r(r-2m)}\]

A equação de Tolman–Oppenheimer–Volkoff equilibra gravidade, densidade e pressão na Relatividade Geral.

Regra ou lema

  • Substituição algébrica.
  • \(r(r−2m)=r^{2}(1−2m/r)\).

Hipóteses

  • \(r>2m(r)\).
  • \(ρ+p\) é finito.
Checkpoint: consigo justificar este passo?

O sinal negativo expressa que a pressão diminui para fora enquanto \(m\), \(ρ\) e \(p\) são positivos.

Fontes deste passo
passo06

Uma equação de estado e condições regulares transformam TOV em uma estrela.

Feche o problema de valor inicial

entrada 1aprovada
\[\frac{dm}{dr}=4\pi r^2\rho\]

A massa encerrada cresce com o volume da casca e com a densidade local de energia.

entrada 2aprovada
\[\frac{dp}{dr}=-(\rho+p)\frac{m+4\pi r^3p}{r(r-2m)}\]

A equação de Tolman–Oppenheimer–Volkoff equilibra gravidade, densidade e pressão na Relatividade Geral.

entrada 3aprovada
\[m(0)=0,\qquad p(0)=p_c,\qquad p(R_\star)=0,\qquad m(R_\star)=M\]

No centro a massa é nula e a pressão é central; a superfície ocorre quando a pressão zera e a massa encerrada é \(M\).

operação aplicadaEscolha \(p=p(ρ)\), integre desde o centro e interrompa no primeiro raio em que \(p\) se anula.
Cálculo linha por linha6 movimentos explicados
Objetivo deste cálculo

Transformar as duas equações de estrutura em um problema estelar bem definido do centro à superfície.

Antes de começar

  • O sistema contém \(m(r)\), \(p(r)\) e \(ρ(r)\), mas somente duas EDOs.
  • Uma equação de estado monotônica fornece \(ρ=ρ(p)\) ou, equivalentemente, \(p=p(ρ)\).
  • A família é parametrizada por uma densidade ou pressão central.
  1. Linha 1

    Feche a matéria com uma EoS

    \[p=p(\rho)\qquad\Longleftrightarrow\qquad \rho=\rho(p)\]
    O que fizemos

    Escolhemos uma relação constitutiva antes de integrar.

    Por que é válido

    Duas EDOs não determinam três funções; a EoS fornece a relação física que faltava.

  2. Linha 2

    Imponha um centro regular

    \[m(0)=0,\qquad p(0)=p_c,\qquad \rho(0)=\rho_c=\rho(p_c)\]
    O que fizemos

    Fixamos os dados iniciais compatíveis com simetria e regularidade.

    Por que é válido

    Uma esfera de raio zero não encerra volume; \(p\) e \(ρ\) não podem divergir numa solução estelar regular.

  3. Linha 3

    Expanda a massa perto do centro

    \[m'=4\pi r^2\rho_c+\mathcal O(r^4)\qquad\Longrightarrow\qquad m(r)=\frac{4\pi}{3}\rho_c r^3+\mathcal O(r^5)\]
    O que fizemos

    Usamos densidade regular e integramos a equação da massa em série.

    Por que é válido

    A expansão remove a aparência zero sobre zero da TOV exatamente em \(r\) igual a zero.

  4. Linha 4

    Verifique a regularidade da pressão

    \[p'(r)=-4\pi(\rho_c+p_c)\left(\frac{\rho_c}{3}+p_c\right)r+\mathcal O(r^3),\qquad p'(0)=0\]
    O que fizemos

    Inserimos a expansão de \(m\) e os valores centrais na TOV.

    Por que é válido

    Simetria impede uma direção radial privilegiada no ponto central; a série confirma isso sem impor \(p\) linha igual a zero à mão.

  5. Linha 5

    Defina a superfície pelo primeiro zero

    \[R_\star=\min\{r>0:p(r)=0\},\qquad M=m(R_\star)\]
    O que fizemos

    Avançamos radialmente e aplicamos o evento físico de superfície.

    Por que é válido

    Fora da matéria, a solução deve ser ligada ao exterior de Schwarzschild com massa \(M\).

  6. Linha 6

    Gere uma família, não um único ponto

    \[\rho_c\longmapsto\bigl(R_\star(\rho_c),M(\rho_c)\bigr)\]
    O que fizemos

    Repetimos o mesmo problema de contorno para diferentes valores centrais.

    Por que é válido

    As condições (2.12) definem uma estrela por valor central; a sequência desses valores define a família.

saídaaprovada
\[\begin{gathered}\dfrac{dm}{dr}=4\pi r^2\rho,\qquad \dfrac{dp}{dr}=-(\rho+p)\dfrac{m+4\pi r^3p}{r(r-2m)},\\ m(0)=0,\quad p(0)=p_c,\quad p(R_\star)=0,\quad m(R_\star)=M.\end{gathered}\]

O problema estelar completo em Relatividade Geral reúne as duas equações de TOV e as condições regulares do centro à superfície.

Regra ou lema

  • Regularidade central.
  • A superfície é definida por \(p(R_\star)=0\).

Hipóteses

  • Equação de estado causal e monotônica no intervalo integrado.
Checkpoint: consigo justificar este passo?

Variar \(ρ_c\) gera uma família de soluções e, portanto, uma curva massa–raio — não uma única estrela universal.

Fontes deste passo

Resultado da trilha

O problema estelar completo em Relatividade Geral reúne as duas equações de TOV e as condições regulares do centro à superfície.

\[\begin{gathered}\dfrac{dm}{dr}=4\pi r^2\rho,\qquad \dfrac{dp}{dr}=-(\rho+p)\dfrac{m+4\pi r^3p}{r(r-2m)},\\ m(0)=0,\quad p(0)=p_c,\quad p(R_\star)=0,\quad m(R_\star)=M.\end{gathered}\]