Um novo método para o cálculo dos fundos estocásticos em ondas gravitacionais gerados por sistemas binários compactos

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Edgard de Freitas Diniz Evangelista
• Orientador(a): José Carlos Neves de Araújo
• Banca de defesa: Carlos Alexandre Wuensche de Souza, Augusto Cesar Costa, Rubens de Melo Marinho Júnior, Cecília Bertoni Martha Hadler Chirenti
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: Soon after the publication of the General Theory of Relativity in its definitive form in 1916, it was noticed that some solutions depicted gravitational waves, that is, perturbations in the spacetime which propagate at speed of light and that could in principle be detected. According to such solutions, any mass distributions that underwent some kind of time variation would become a source of gravitational radiation, provided that at a given moment the spherical symmetry were broken. Thus, from the astrophysical viewpoint, virtualIy all processes involving mass deformations and movements, such as stars and black holes, could be considered as a potential source of gravitational waves. Particularly, this thesis deals with cosmological compact binary systems in circular and eccentric orbits and the spectra generated by the population of those sources. In the literature there are different ways of calculating such spectra, however such methods, in general, or do not consider the time evolution of the orbital parameters or do it in an indirect form. So, the main purpose of this thesis is the formulation of a new method of calculating the spectra generated by such a population during the periodic and quasi-periodic regimes. It is used an analogy to a problem of Statistical Mechanics in order to establish the fundamentals of such a method. Besides, the background of eccentric systems is calculated by means of a method which is different from the ones found in the literature: the spectra for each harmonic of the emitted radiation were calculated separately and summed in order to obtain the total spectra, besides taking into account the eccentricity distribution functions. The spectra corresponding to circular and eccentric orbits are similar in the sense that they have two maxima: one located at the low frequency region and other situated near the maximum frequencies, where the last one is consequence of the time evolution of the systems. For circular orbits, different star formation rates and frequency distributions were used in order to study the influence of these functions on the model. Further, the method presented in this thesis was used to obtain the spectra generated by coalescing compact binaries, whose shapes show concordance with the ones found in the literature, although the amplitudes are higher by a factor $\sim$ 10. This discordance in the amplitude will be tackled in future works.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/11.13.16.01

Logo após a publicação da Teoria da Relatividade Geral em sua forma final em 1916, percebeu-se que algumas de suas soluções descreviam ondas gravitacionais, ou seja, perturbações no espaço-tempo que se propagam à velocidade da luz e que podiam em princípio ser detectadas. De acordo com tais soluções, quaisquer distribuições de massa que sofressem algum tipo de variação temporal poderiam ser fontes de radiação gravitacional, desde que em algum momento do processo a simetria esférica fosse rompida. Dessa forma, do ponto de vista astrofísico, praticamente qualquer processo envolvendo deformações ou movimentos de corpos, tais como estrelas e buracos negros pode ser considerado uma fonte em potencial de ondas gravitacionais. Particularmente, esta tese trata os sistemas binários compactos cosmológicos em órbitas circulares e excêntricas e o espectro em ondas gravitacionais gerado pela população de tais objetos. Na literatura há diversas maneiras de se calcular tais espectros, porém tais métodos, em geral, ou não levam em consideração a evolução temporal dos parâmetros orbitais ou a considera de forma indireta. Assim, o objetivo principal desta tese é a elaboração de um novo método para o cálculo do espectro gerado por sistemas binários durante as fases periódica ou quase-periódica e que considera explicitamente tal dependência temporal. Utiliza-se uma analogia com um problema de Mecânica Estatística para se estabelecer os fundamentos desse método. Além disso, os fundos para sistemas excêntricos foram gerados por meio de um método alternativo ao que se observa na literatura: os espectros para cada harmônico foram calculados independentemente e somados a fim de se obter o espectro total, considerando-se também a função distribuição das excentricidades. Foram gerados os fundos correspondentes aos sistemas em órbitas circulares e elípticas, onde se nota que tais espectros são caracterizados por dois máximos: um localizado na região de baixas frequências e outro próximo às frequências máximas, sendo este último consequência de evolução temporal dos sistemas. Para órbitas circulares, foram utilizadas diferentes taxas de formação estelar e distribuições de frequência para se estudar a influência destas funções sobre o modelo. Foram calculados também os fundos gerados pela coalescência de binárias, cujas formas mostram concordância com resultados presentes na literatura, embora as amplitudes sejam maiores por um fator $\sim$ 10. Tal diferença será tratada em trabalhos futuros.