Distinguir los efectos ambientales en las formas de onda gravitatorias de los agujeros negros binarios

Astronomía de la naturaleza (2023)Citar este artículo

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Los futuros interferómetros de ondas gravitacionales, como la antena espacial del interferómetro láser, Taiji, el observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro DECi-hertz y TianQin, permitirán estudios de precisión del entorno que rodea a los agujeros negros. Estos detectores probarán el rango de frecuencia de milihercios, hasta ahora inexplorado por los actuales detectores de ondas gravitacionales. Además, las fuentes permanecerán en banda durante períodos de hasta años, lo que significa que será observable la fase inspiral de la señal de ondas gravitacionales, que puede verse afectada por el entorno. En este artículo, estudiamos espirales de agujeros negros binarios de relación de masa intermedia y extrema, y consideramos tres entornos posibles que rodean al agujero negro primario: discos de acreción, picos de materia oscura y nubes de campos escalares ultraligeros, también conocidos como átomos gravitacionales. Presentamos un análisis bayesiano de la detectabilidad y mensurabilidad de estos tres entornos. Centrándonos en concreto en el caso de una detección con LISA, mostramos que la huella característica que dejan en la forma de onda gravitatoria nos permitiría identificar el entorno que generó la señal y reconstruir con precisión los parámetros de su modelo.

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Kavanagh, BJ Código HaloFeedback versión 0.9. GitHub https://github.com/bradkav/HaloFeedback (2020).

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Damos las gracias a P. Pani y S. Witte útil para los debates. PSC reconoce el apoyo del Instituto de Física de la Universidad de Amsterdam. AC recibió fondos de la Schmidt Futures Foundation. DG fue apoyado por el MINECO español a través del programa Ramón y Cajal RYC2020-029184-I entre septiembre de 2022 y noviembre de 2022 y actualmente cuenta con el apoyo del proyecto 'Física Teórica de Astropartículas (TAsP)' financiado por el Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN). BJK agradece a la Agencia Estatal de Investigación (AEI, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades) de España por el apoyo a la Unidad de Excelencia María de Maeztu Instituto de Física de Cantabria (ref. MDM-2017-0765). TFMS cuenta con el apoyo de VILLUM FONDEN (subvención n.º 37766), la Danish Research Foundation y la subvención avanzada H2020 ERC de la Unión Europea "Agujeros negros: motores gravitacionales de descubrimiento" (acuerdo de subvención n.º Gravitas-101052587).

Gravitation Astroparticle Physics Amsterdam (GRAPPA), Instituto de Física Teórica de Amsterdam e Instituto Delta de Física Teórica, Universidad de Amsterdam, Amsterdam, Países Bajos

Philippa S. Cole, Gianfranco Bertone, Theophanes Karydas, Thomas FM Spieksma y Giovanni Maria Tomaselli

Ciela – Instituto de Análisis de Datos Astrofísicos y Computación, Montreal, Quebec, Canadá

Adán Coogan

Departamento de Física, Universidad de Montreal, Montreal, Quebec, Canadá

Adán Coogan

Mila – Instituto de IA de Quebec, Montreal, Quebec, Canadá

Adán Coogan

Sección INFN de Pisa, Polo Fibonacci, Pisa, Italia

Daniel Gaggero

Instituto de Física Corpuscular, Universidad de Valencia and CSIC, Paterna, Spain

Daniel Gaggero

Instituto de Física de Cantabria, UC-CSIC, Santander, Spain

Bradley J. Kavanagh

Academia Internacional Niels Bohr, Instituto Niels Bohr, Copenhague, Dinamarca

Thomas FM Spieksma

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PSC realizó el análisis principal de este manuscrito y produjo todas las figuras. GB inició la idea del proyecto y coordinó a los miembros del grupo. AC proporcionó el código de vestimenta oscuro para el análisis que se amplió para su uso en este contexto más amplio. DG consultó sobre temas relacionados con DF y torques de gas. TK escribió el modelo sustituto e hizo el análisis del vestido oscuro que aparece en la Información complementaria. BJK proporcionó código para calcular procesos de retroalimentación. TFMS y GMT proporcionaron un código para calcular las pérdidas de energía del átomo gravitatorio. Todos los autores contribuyeron a escribir y editar el manuscrito.

Correspondencia a Philippa S. Cole.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Astronomy agradece a los revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Figs suplementarias. 1–5, discusión y referencias relacionadas.

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Cole, PS, Bertone, G., Coogan, A. et al. Distinguir los efectos ambientales en las formas de onda gravitatorias de los agujeros negros binarios. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-01990-2

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Recibido: 10 noviembre 2022

Aceptado: 03 mayo 2023

Publicado: 05 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01990-2

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