Distinguer les effets environnementaux sur les formes d'ondes gravitationnelles des trous noirs binaires

Astronomie de la nature (2023)Citer cet article

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Les futurs interféromètres à ondes gravitationnelles tels que l'antenne spatiale de l'interféromètre laser, Taiji, l'observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre DECi-hertz et TianQin permettront des études de précision de l'environnement entourant les trous noirs. Ces détecteurs sonderont la gamme de fréquence millihertz, encore inexplorée par les détecteurs d'ondes gravitationnelles actuels. De plus, les sources resteront dans la bande pendant des durées allant jusqu'à des années, ce qui signifie que la phase inspirée du signal d'onde gravitationnelle, qui peut être affectée par l'environnement, sera observable. Dans cet article, nous étudions des spirales de trous noirs binaires à rapport de masse intermédiaire et extrême, et considérons trois environnements possibles entourant le trou noir primaire : les disques d'accrétion, les pointes de matière noire et les nuages ​​de champs scalaires ultra-légers, également appelés atomes gravitationnels. Nous présentons une analyse bayésienne de la détectabilité et de la mesurabilité de ces trois environnements. En nous concentrant plus concrètement sur le cas d'une détection avec LISA, nous montrons que l'empreinte caractéristique qu'ils laissent sur la forme d'onde gravitationnelle permettrait d'identifier l'environnement qui a généré le signal et de reconstruire avec précision ses paramètres de modèle.

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Gravitation Astroparticule Physics Amsterdam (GRAPPA), Institute for Theoretical Physics Amsterdam et Delta Institute for Theoretical Physics, Université d'Amsterdam, Amsterdam, Pays-Bas

Philippa S. Cole, Gianfranco Bertone, Théophane Karydas, Thomas FM Spieksma & Giovanni Maria Tomaselli

Ciela – Institut de calcul et d'analyse des données astrophysiques, Montréal, Québec, Canada

Adam Coogan

Département de Physique, Université de Montréal, Montreal, Quebec, Canada

Adam Coogan

Mila – Institut québécois de l'IA, Montréal, Québec, Canada

Adam Coogan

Section INFN de Pise, Polo Fibonacci, Pise, Italie

Daniel Gaggero

Institut de Physique Corpusculaire, Université de Valence et CSIC, Paterna, Espagne

Daniel Gaggero

Institut de physique de Cantabrie, UC-CSIC, Santander, Espagne

Bradley J. Kavanagh

Académie internationale Niels Bohr, Institut Niels Bohr, Copenhague, Danemark

Thomas FM Spieksma

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PSC a effectué l'analyse principale de ce manuscrit et a produit tous les chiffres. GB a lancé l'idée du projet et a coordonné les membres du groupe. AC a fourni le code vestimentaire sombre pour l'analyse qui a été étendu pour être utilisé dans ce contexte plus large. DG a consulté sur les questions liées au DF et aux couples de gaz. TK a écrit le modèle de substitution et a effectué l'analyse de la robe sombre qui apparaît dans les informations supplémentaires. BJK a fourni le code pour calculer les processus de rétroaction. TFMS et GMT ont fourni un code pour calculer les pertes d'énergie de l'atome gravitationnel. Tous les auteurs ont contribué à la rédaction et à la révision du manuscrit.

Correspondance à Philippa S. Cole.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Astronomy remercie les relecteurs anonymes pour leur contribution à la relecture par les pairs de ce travail.

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Fig. supplémentaires. 1–5, discussion et références connexes.

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Réimpressions et autorisations

Cole, PS, Bertone, G., Coogan, A. et al. Distinguer les effets environnementaux sur les formes d'onde gravitationnelles des trous noirs binaires. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-01990-2

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Reçu : 10 novembre 2022

Accepté : 03 mai 2023

Publié: 05 juin 2023

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

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