Testing General Relativity Across Scales with Gravitational Waves with LIGO-Virgo-Kagra Data
Aquesta tesi presenta un cos cohesionat de treball en la intersecció entre l'astronomia d'ones gravitatòries (OG) i la física fonamental. La detecció directa d'OG ha proporcionat un nou laboratori per provar la relativitat general (RG) en el règim de camp fort i dinàmic. La recerca aq...
| Autor: | |
|---|---|
| Formato: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:324969 |
| Acesso em linha: | https://ddd.uab.cat/record/324969 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Forats negres Black hole Agujeros negros Ones gravitacionals Gravitational waves Ondas gravitacionales Cosmologia Cosmology Cosmología Ciències Experimentals |
| Resumo: | Aquesta tesi presenta un cos cohesionat de treball en la intersecció entre l'astronomia d'ones gravitatòries (OG) i la física fonamental. La detecció directa d'OG ha proporcionat un nou laboratori per provar la relativitat general (RG) en el règim de camp fort i dinàmic. La recerca aquí continguda aprofita el catàleg creixent d'esdeveniments d'OG per realitzar tres proves diferents però complementàries: s'investiguen els entorns astrofísics dels binaris compactes, es realitza espectroscòpia de forats negres mitjançant els senyals de ringdown, i es constrenyen les modificacions cosmològiques a la gravetat. L'estructura d'aquesta tesi reflecteix aquesta progressió, des de la validació d'hipòtesis fonamentals fins a l'exploració de les fronteres de la nostra comprensió teòrica. El Capítol 1 estableix els fonaments teòrics, revisant la predicció de les OG i els forats negres en RG, la dinàmica de les coalescències de binaris compactes i l'univers en expansió, que constitueixen la base sobre la qual es recolza tota l'anàlisi de dades posterior. El Capítol 2 i el Capítol 3 estableixen les bases experimentals i metodològiques essencials, detallant els principis de la detecció interferomètrica d'OG i els sofisticats mètodes estadístics, com el filtrat adaptat i la inferència bayesiana, utilitzats per extreure senyals febles de dades sorolloses i inferir les propietats de la font. La recerca original comença en el Capítol 4, que aborda un supòsit clau en la modelització d'OG: que els binaris evolucionen en aïllament. Aquest capítol presenta una cerca bayesiana, agnòstica respecte al model, d'efectes ambientals com la fricció dinàmica i l'acreció en les dades de LIGO-Virgo. El resultat nul va donar lloc a les primeres fites superiors sobre la densitat ambient en un estudi de catàleg d'esdeveniments, i aquest treball ha estat publicat. El Capítol 5 se centra en l'estat final de les fusions de forats negres binaris, utilitzant la fase de ringdown per dur a terme espectroscòpia de forats negres. L'anàlisi segueix el marc de treball per a senyals de ringdown, tal com s'ha revisat exhaustivament en la literatura. L'anàlisi sistemàtica del conjunt de dades O4a, que forma la base del catàleg d'esdeveniments per a les proves d'aquest capítol, va formar part d'un esforç col·laboratiu més ampli. La meva aplicació d'aquest marc va conduir a la primera detecció confident de múltiples modes en GW250114 i a proves de precisió de la mètrica de Kerr i la llei de l'àrea de Hawking, resultant en múltiples publicacions. Les investigacions dels esdeveniments especials GW230814 i GW231123 presentades aquí també van contribuir a altres estudis col·laboratius. Finalment, el Capítol 6 estén les proves de RG a escales cosmològiques. Utilitzant un marc bayesià jeràrquic implementat en el paquet icarogw, aquest capítol restringeix teories de gravetat modificada comparant la distància de lluminositat inferida per les OG amb la distància electromagnètica dels catàlegs de galàxies, establint límits en paràmetres que descriuen una massa de Planck variable i escenaris amb dimensions extra. Aquest treball també ha estat publicat. El capítol de conclusions, Capítol 7, sintetitza aquests troballes, destacant l'acord consistent amb la RG en totes les proves i descrivint el futur prometedor de la física fonamental amb els observatoris d'OG de propera generació. Les metodologies desenvolupades i aplicades al llarg d'aquesta tesi, des de les cerques d'efectes ambientals fins a l'anàlisi del ringdown i la inferència cosmològica, proporcionen un conjunt d'eines robust per al futur, on les observacions cada vegada més sensibles continuaran posant a prova la nostra comprensió de la gravetat. |
|---|