Coalescence of Exotic Compact Objects in the new era of gravitational wave astronomy
- Autores: Miguel Angel Andres Bezares Figueroa
- Directores de la Tesis: Carlos Palenzuela Luque (dir. tes.), Carles Bona Garcia (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2019
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: José María Ibáñez (presid.), Alicia Magdalena Sintes Olives (secret.), José Antonio Pons Botella (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad de las Illes Balears
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
La detección directa de ondas gravitacionales a través\'es de los observatorios interferómetricos LIGO y Virgo abre una nueva era de multi-mensajeros para estudiar algunos de los fenómenos más energéticos que ocurren en el Universo. Aunque hasta ahora las detecciones son coherentes con la fusión de sistemas binarios de agujeros negros y con la colisión entre dos estrellas de neutrones, en el futuro podremos llegar a detectar ondas gravitacionales provenientes de nuevos sistemas binarios compuestos de objetos compactos diferentes. Estos aparentes objetos compactos exóticos (ECOs) podrían existir en teoría, pero a\'un no se han encontrado en la naturaleza, ya que se supone son demasiado tenues para ser detectados por los telescopios electromagnéticos actuales.
En esta tesis estudiamos, a través de simulaciones numéricas tridimensionales de relatividad, la dinámica de estos ECOs y la radiación gravitacional emitida durante su coalescencia, enfocándonos en sistemas binarios formados por estrellas de bosones (es decir, objetos auto-gravitantes modelados con un campo escalar complejo), estrellas de materia oscura (es decir, objetos compactos astrofísicos que solo interactúan con otras estrellas a través de la gravedad) y estrellas de neutrones con una peque\~na fracción de materia oscura en su interior (es decir, modeladas por estrellas mixtas de fermión-bosón).
Las ondas gravitacionales de la coalescencia de objetos compactos juegan un importante rol en el estudio de la gravedad fuerte. Es por ello que nuestro estudio es crucial para discriminar si futuras detecciones de ondas gravitacionales atípicas serían provenientes de fuentes desconocidas, tales como los ECOs. Por consiguiente, explorar la huella de estas ondas gravitacionales podría revelar su existencia.
- English
The direct detection of gravitational waves by LIGO and Virgo interferometric observatories has opened a new multi-messenger era to study some of the most energetic phenomena occurring in the Universe.
Although the detections are so far consistent with the coalescence of binary black holes and inspiral binary neutron stars systems, in the future we could detect gravitational waves from new binary systems composed of different compact objects. These putative Exotic Compact Objects (ECOs) could exist in theory but have not yet been found in Nature, since they are supposed to be too dim to be detected by current electromagnetic telescopes.
In this Thesis we study, through full three dimensional numerical relativity simulations, the dynamics of these ECOs and the gravitational radiation emitted during their coalescence, focusing in binaries formed by boson stars (i.e., self-gravitating objects modeled with a complex scalar field), dark matter stars (i.e., astrophysical compact objects that only interact with other stars through gravity) and neutron stars with a small fraction of dark matter on their interiors (i.e., modeled by mixed fermion-boson stars).
Gravitational waves from the coalescence of compact objects play an important role probing gravity in the strong-field regime. Hence, our studies are crucial to discriminate whether future non-standard gravitational wave detections come from unknown sources such as ECOs. Consequently, exploring the signature of these gravitational waves could reveal their existence.
- català
La detecció directa d'ones gravitacionals a través dels observatoris interferomètrics LIGO i Virgo obre una nova era de multimissatgers per estudiar alguns dels fenòmens més energètics que ocorren en l'univers. Tot i que, fins ara, les deteccions són coherents amb la fusió de sistemes binaris de forats negres i amb la col·lisió entre dues estrelles de neutrons, en el futur es podran detectar ones gravitacionals provinents de nous sistemes binaris composts de diferents objectes compactes. Aquests aparents objetes compactes exòtics (ECOs) podrien existir en teoria, però encara no han estat trobats en la natura, ja que se suposa que són massa tènues com per poder ser detectats pels telescopis electromagnètics actuals. En aqueta tesi estudiam, a través de simulacions numèriques tridimensionals de relativitat, la dinàmica d'aquests ECOs i la radiació gravitacional emesa durant la seva coalescència, enfocantnos en sistemes binaris formats per estrelles de bosons (és a dir, objectes auto-gravitants modelats amb un camp escalar complexe), estrelles de matèria obscura (és a dir, objectes compactes astrofísics que només interactuen amb d'altres estrelles a través de la gravetat) i estrelles de neutrons amb una petita fracció de matéria obscura en el seu interior (és a dir, modelades per estrelles mixtes de fermió-bosó).
Les ones gravitacionals de coalescència d'objectes compactes juguen un important rol en l'estudi de la gravetat forta. És per aix\`o que el nostre estudi és crucial per discriminar si futures deteccions d'ones gravitacionals atípiques serien provinents de fonts desconegudes, tals com els ECOs. Per consegüent, explorar la impromta d'aquestes ones gravitacionals podria revelar la seva existència.
- español
