Coalescência de buracos negros desde os estelares aos supermassivos: horizontes de detectabilidade e taxas de eventos

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Fabrícia de Almeida Pereira
• Orientador(a): José Carlos Neves de Araújo
• Banca de defesa: Cesar Augusto Costa, Rubens de Melo Marinho Junior
• Tipo de documento: Dissertação
• 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: Since the theoretical prediction of the gravitational waves (GWs), derived from the field equations of the General Relativity Theory (GRT), there have been great efforts for their direct detection. However, despite the progress of the detectors of gravitational waves and the theoretical models that suggest favorable scenarios for the observation of such waves, there has been so far no direct detection of this signal. In this respect, the aim of this work is to estimate: a) the horizons of detectability for terrestrial (LIGO, VIRGO, KAGRA and ET) and space (LISA, BBO, DECIGO and GEOGRAWI) interferometric detectors, and the Pulsar Timing experiment Array (PTA); and b) the coalescence rates of binary black holes for these interferometers and PTA. Thus, we consider in the present work the black holes, from stellar to supermassive ones ($\sim$10 - $10^{9}$M), as candidates for astrophysical sources of gravitational radiation. Thus, we consider that the coalescence of binary black hole systems is a very promising scenario for the detection of gravitational waves. We then analyze each phase of the coalescence process, which consists of inspiral, merger and ringdown, to obtain estimates of the horizons of detectability. To this end, analytical waveforms are used for each phase of coalescence. We also adopted various models of formation and evolution for the binary black holes for obtaining event rates for some detectors. The results obtained for the horizons of detectability for space-based detectors provide high redshifts ranges, for terrestrial detectors the most promising is the ET project, whereas for the PTA experiment the results are in accordance with other studies in the literature. Concerning the models of formation, black holes of stellar masses (BHSMs) show higher detection rates for terrestrial interferometers, such as ALIGO and ET. The black holes of intermediate masses (BHIMs) require further studies, since the present models are inaccurate, whereas models for supermassive black holes (BNSMs) present the most promising rates for space-based interferometers. The direct detection of GWs from black holes (stellar, intermediate and supermassive) can validate and/or discard several theoretical models of their formations.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2015/02.02.13.48

Desde a predição teórica das ondas gravitacionais (OGs), derivadas das equações de campo da Teoria da Relatividade Geral (TRG), surgiram grandes esforços para sua detecção direta. No entanto, apesar do avanço de detectores da radiação gravitacional e modelos teóricos que sugerem cenários propícios para a observação das ondas gravitacionais, ainda não houve a detecção desse sinal. Nesse aspecto, os objetivos deste trabalho são as estimativas dos horizontes de detectabilidade para os detectores interferométricos terrestres (LIGO, VIRGO, KAGRA e ET), espaciais (LISA, BBO, DECIGO e GEOGRAWI) e o experimento \emph{Pulsar Timing Array} (PTA) e as estimativas das taxas de coalescência de binárias de buracos negros para esses interferômetros. Dessa forma, abordamos neste trabalho os buracos negros, desde massas estelares até supermassivos ($\sim$10 - $10^{9}$M), como candidatos a fontes astrofísicas emissoras da radiação gravitacional. Consideramos a coalescência de sistemas binários de buracos negros como um cenário bastante promissor para a detecção de ondas gravitacionais. Analisamos cada fase deste processo de coalescência, que são marcadas pela \emph{inspiral}, fusão \emph{(merger)} e \emph{ringdown}, para obtermos as estimativas dos horizontes de detectabilidade. Para isso, foram utilizadas formas de onda analíticas para cada fase da coalescência. Adotamos ainda, vários modelos de formação para a evolução de binárias de buracos negros para a obtenção das taxas de eventos para alguns detectores. Os resultados obtidos para os horizontes de detectabilidade dos detectores espaciais forneceram alcances em \emph{redshifts} muito altos, para os detectores terrestres, o que mostrou-se mais promissor foi o projeto ET, enquanto o experimento PTA apresentou-se em acordo com outros trabalhos da literatura. Quanto aos modelos de formação, os buracos negros de massas estelares (BNEs) mostraram maiores taxas de detecções em interferômetros terrestres, como aLIGO. Os buracos negros de massas intermediárias (BNMIs) necessitam de mais estudos, uma vez que os modelos apresentam-se imprecisos, enquanto os modelos de buracos negros supermassivos (BNSMs) apresentaram taxas mais promissoras para os detectores espaciais. A detecção direta das OGs proveniente de buracos negros em sua ampla faixa de massa poderá validar e/ou descartar vários modelos teóricos de formação existentes.