Una proposta per millorar l'anàlisi de les ones gravitacionals

La tesi doctoral d’Héctor Estellés desenvolupa models més precisos a l’hora d’inferir les característiques físiques de l’origen de les ones gravitacionals generades per sistemes binaris de forats negres 

El modelatge de formes d'ona gravitacional és un camp crucial per a l’anàlisi correcta d'esdeveniments d'ona gravitacional registrats pels observatoris actuals i futurs. Per poder inferir correctament les característiques físiques de la font astrofísica d'un esdeveniment, és necessari disposar de models precisos i computacionalment eficients que poden ser emprats en mètodes bayesians d'estimació de paràmetres.

Un dels enfocaments principals per al modelatge de formes d'ona és el marc fenomenològic, el qual ha produït models molt precisos per descriure senyals generades per sistemes binaris de forats negres en òrbites quasi circulars en el domini de Fourier, a més de ser computacionalment molt eficients. No obstant això, les millores en la sensitivitat dels detectors fan necessari millorar la precisió i l'eficiència dels models actuals i explorar nous enfocaments per al modelatge de sistemes genèrics.

L’objectiu principal de la tesi doctoral d’Héctor Estellés Estrella, defensada a la Universitat de les Illes Balears, ha estat el desenvolupament d'un marc fenomenològic complementari en el domini temporal per al modelatge de sistemes binaris de forats negres. Treballar en el domini temporal permet dispensar algunes de les limitacions dels models a Fourier, especialment per a la descripció de sistemes amb espins genèrics, i permet assentar les bases per a les noves estratègies en el modelatge de senyals genèrics.

En aquesta tesi es presenta una nova família de models fenomenològics al domini temporal. El nucli del projecte consisteix en un model per al mode dominant de sistemes amb espins alienats, IMRPhenomT, que proveeix expressions compactes per l'amplitud i la fase del mode dominant. El pas següent en el desenvolupament ha estat la construcció d'un model per als harmònics subdominants, IMRPhenomTHM, crucials per trencar la degeneració entre la distància i la inclinació de les fonts i per a la descripció correcta dels sistemes asimètrics. Finalment, els models han estat estesos al modelatge de sistemes precessants mitjançant l'aproximació twisting-up IMRPhenomTPHM, oferint millores en la descripció dels angles precessants i un tractament més consistent d'aquests durant la coalescència i el posterior decaïment del sistema.

Els models han estat calibrats amb simulacions numèriques precises en el sector no precessant, on els espins del sistema estan alienats amb el moment angular orbital, amb precisió comparable a la d'altres models de l'estat-de-l'art, permetent una estimació de paràmetres precisa per a sistemes no precessants. L'extensió precessant, si bé encara no ha estat calibrada, presenta millores importants respecte als anteriors models en el domini de Fourier, a més de ser competitivament eficient, proporcionant una eina útil en la validació de resultats dels models al domini de Fourier, i constituint una base complementària per l'estudi de calibratges genèrics.

Finalment, aquesta tesi també presenta l'aplicació dels models en una reanàlisi del senyal GW190521, un dels esdeveniments d'ona gravitacional més interessants per les seves implicacions astrofísiques, fent un estudi detallat de diferents mètodes d'estimació de paràmetres i explotant la flexibilitat a la descripció física dels models.

Fitxa de la tesi 

  • Autor: Héctor Estellés Estrella
  • Títol: Accurate models of gravitational wave signals from precessing black holes
  • Directors: Sascha Husa i Marta Colleoni
  • Programa de Doctorat en Física

Data de publicació: 01/08/2022