Astronomia das ondas gravitacionais

Posterior distribution for the fraction f_a of coalescing event with spins aligned with the angular momentum after 100 neutron star-black hole (dashed) and 200  binary black hole (solid) detections. Several underlying values of f a (given in the legend) are considered. f_a = 0 corresponds to a set of detections where none of the sources had aligned spins, while f_a = 1 refers to a set where all events had aligned spinsComo previsto pela teoria da Relatividade Geral do Einstein, ondas gravitacionais são ondulações do espaço-tempo que viageiam a velocidade da luz e podem ser emitidas para eventos astrofísicos.
As detecções feitas pelo LIGO abriram uma nova janela de oportunidades na observação do universo, complementando a astronomia tradicional baseada sobre observações das ondas electromagnéticas.
Nós propusemos uma colaboração entre MIT e o Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista/ICTP South American Institute for Fundamental Research (São Paulo), pelo uso das ondas gravitacionais detectadas pelo LIGO como um meio para extrair propriedades chave dos buracos negros como massa e spin.
A nossa proposta se foca no uso das ondas gravitacionais pelo estudo dos objetos compactos como buracos negros e estrela de nêutrons para maximizar o output científico das detecções das ondas gravitacionais.
Utilizando métodos Bayesiano de estimação de parâmetros, conseguimos extrair dos sinais detectados (e simulados) medidas das propriedades fundamentais dos buracos negros e estrelas de nêutrons.
Um sistema Bayesiano foi também utilizado para estimar confrontar modelos em competição para explicar os dados.
Em nosso projeto juntamos nossa experiências em análise dos dados e modelamento analítico dos sinais para explorar as capabilidades da astronomia gravitacional.
Pouco se sabe sobre os mecanismo de formação dos sistemas binários de buracos negros: uma sugestão é que um envelopo comum de matéria seja muito eficiente para alinear os spins dos objetos compactos com o momento angular. Ondas gravitacionais emitidas para estrelas com spins não alineados são qualitativamente diferente de aquelas emitidas de sistemas com spins alineado, sugerindo que os dois casos possam ser distinguidos.
Alternativamente, a seleção Bayesiana de modelos pode ser aplicada: se podem classificar diferentes modelos conformemente a quando bem eles se comparam com os dados. Em nosso caso, os dois modelos seriam:
a) spins (quase) alineados e;

b) spins com grande inclinação.

A medida dos spins a traverso das ondas gravitacionais é completamente independente de outros métodos usados em astrofísica das ondas electromagnéticas.
Prevemos de ser capáveis de poder distinguir entre sistemas diferentes de formações de sistemas binários uma vez umas dezenas de detecções seriam feitas.
Sobre esse assuntos publicamos um trabalho (Phys. Rev. Lett.), um segundo foi aceito para publicação (Class. Quant. Grav.) e um terceiro foi submetido à Phys. Rev. D.

Participantes:
Riccardo Sturani
ICTP South American Institute for Fundamental Research
Instituto de Física Teórica, Universidade Estadual Paulista,
São Paulo, SP 011040-070, Brasil

Erik Katsavounidis, Salvatore Vitale, Ryan Lynch, Reed Essick
Massachusetts Institute of Technology, 185 Albany St, 02138 Cambridge USA