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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Espectroscopia de buracos negros: perspectivas para testar a natureza dos buracos negros com observações de ondas gravitacionais
IARA NAOMI NOBRE OTA
TESE
14/04/2022

As ondas gravitacionais fornecem informações sobre a natureza do espaço-tempo e evidências da existência de buracos negros. O buraco negro resultante de uma fusão de um binário de buracos negros emite ondas gravitacionais na forma de modos quasinormais, cujo espectro, que depende apenas das propriedades do mesmo, é conhecido como as “digitais” do buraco negro. Os modos quasi-normais podem ser usados para testar quão bem um buraco negro astrofísico pode ser descrito pela geometria de Kerr. Cada modo é parametrizado por três índices: os números harmônicos (ℓ, m) e o índice n, o qual indica o modo fundamental (n = 0) e os modos superiores (n = 1, 2, 3, . . .). A espectroscopia de buracos negros propõe utilizar o espectro de modos quasi-normais para testar o teorema no-hair. Neste trabalho, investigamos as perspectivas de se realizar espectroscopia de buracos negros. Por meio da análise de simulações de relatividade numérica, investigamos a contribuição de modos subdominantes, além do modo dominante (2, 2, 0). Mostramos que o primeiro modo superior (2, 2, 1) tem amplitude maior ou comparável com a amplitude dos outros modos harmônicos mais relevantes. Para detectores atuais e futuros, obtivemos os horizontes de espectroscopia de buracos negros, que indicam a distância máxima em que um evento pode estar para que dois ou mais modos sejam detectados. Para binários com razão entre as massas pequena, os modos (2, 2, 1) e (3, 3, 0) são os modos secundário e terciário e, para o caso de razão entre as massas grande, os modos (3, 3, 0) e (4, 4, 0) são os modos subdominantes mais relevantes para detecção. Nosso trabalho indica que há boas perspectivas para a detecção de modos subdominantes com detectores futuros. As taxas de eventos para o LIGO são muito menores, porém não são impeditivas.

buracos negros;ondas gravitacionais;teorema no-hair;modos quasi-normais
Gravitational waves provide direct information about the nature of spacetime and the existence of black holes. The remnant of a binary black hole merger emits gravitational waves in the form of quasinormal modes, whose spectrum is known as the “fingerprints” of a black hole, as it depends only on the properties of the remnant. The quasinormal modes can be used to test how closely an astrophysical black hole matches the Kerr geometry. Each mode is parameterized by three indices: the harmonic numbers (ℓ, m) and the overtone index n, that labels the fundamental mode (n = 0) and the overtones (n = 1, 2, 3, . . .). Black hole spectroscopy is the proposal to use the detection of multiple quasinormal modes to test the no-hair theorem. In this work, we investigate the prospects for performing black hole spectroscopy. The (2, 2, 0) is the dominant mode, and we analyze the contribution of the most relevant subdominant modes in numerical relativity simulations. We show that the overtone mode (2, 2, 1) has an amplitude higher or comparable to the amplitude of the most relevant higher harmonic modes. For current and future gravitational wave detectors, we compute the black hole spectroscopy horizon, which is the maximum distance of an event up to which two or more quasinormal modes can be detected. For low mass ratio binaries, the secondary and tertiary modes are the (2, 2, 1) and (3, 3, 0), respectively, and, for the large mass ratio case, the (3, 3, 0) and (4, 4, 0) are the most relevant subdominant modes for detection. Our work indicates promising prospects for the detection of subdominant modes with future gravitational wave detectors. The event rate for LIGO is much smaller, but not prohibitively so.
black holes;gravitational waves;no-hair theorem;quasinormal modes
1
108
INGLES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
FIS-2022 - Iara Naomi Nobre Ota.pdf

Contexto

FÍSICA
GRAVITAÇÃO E COSMOLOGIA
-

Banca Examinadora

CECILIA BERTONI MARTHA HADLER CHIRENTI
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
CECILIA BERTONI MARTHA HADLER CHIRENTI Docente - PERMANENTE
M. COLEMAN MILLER Participante Externo
RAISSA FERNANDES PESSOA MENDES Participante Externo
ODYLIO DENYS DE AGUIAR Participante Externo
VITOR CARDOSO Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 8
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Doutorado no País GD 27

Vínculo

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Ensino e Pesquisa
Sim
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