Generic Orbits around rotating Black Holes and non-Kerr compact objects with Gravitational Wave applications for LISA
Creators: name: Σουβαϊτζής, Λάζαρος Χαράλαμπου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Αστροφυσική Μελανών Οπών
Βαρυτικά Κύματα
Ελεγχος της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας (ΓΘΣ)
Black Holes Astrophysics, Extreme-Mass-Ratio Inspirals (EMRIs)
Gravitational Waves, LISA
General Relativity (GR), Tests of General Relativity

description: This work develops the tools in order to use extreme mass ratio inspirals (EMRIs) around supermassive black holes and their gravitational wave signature, as laboratories on which to test General Relativity (GR) and specifically the Kerr nature of these compact objects. Space-born interferometers like LISA, will be sensitive to the gravitational waves emitted from this kind of systems, so one can test whether the underlying theory of gravity describing the spacetime around the massive compact object is indeed GR, and more specifically, whether the spacetime is described by the Kerr solution. We compute geodesics in Hamiltonian manner for a parameterized metric which can be mapped to known theories/metrics. Thus, we then calculate their gravitational wave signals (Kludge waveform) and compare them against the corresponding GR waveforms to test for possible deviations. We apply this strategy for three cases: the Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet (EdGB) gravity, the dynamical Chern-Simons (dCS) gravity and the Scalar-Tensor-Vector gravity (STVG). Finally, we discuss our results and future prospects that could potentially lead to more accurate waveforms in order to test more realistic scenarios, for which LISA could capture deviations from Kerr during its mission lifetime.
description: Η διπλωματική αυτή επικεντρώνεται στη δημιουργία εργαλείων για χρήση στην μοντελοποίηση των "extreme mass ratio inspirals" (EMRIS) γύρω από υπερ-μεγέθεις μελανές οπές καθώς και της εκπεμπόμενης βαρυτικής ακτινοβολίας αυτών, τα οποία θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ένα είδος εργαστηριου για έλεγχο της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας (ΓΘΣ) και συγκεκριμένα της Kerr ή μη φύσης των εν λόγω συμπαγών αντικειμένων. Συμβολόμετρα όπως η LISA, έχουν την κατάλληλη ευαισθησία σε βαρυτικά κύματα προερχόμενα από αυτά τα συστήματα, οπότε μας παρέχουν τη δυνατότητα να εξακριβώσουμε αν η καταλληλότερη θεωρία βαρύτητας είναι όντως η (ΓΘΣ) και συγκεκριμένα αν ο χωροχρόνος περιγράφεται απο την λύση του Kerr. Υπολογίζουμε τις γεωδαισιακές τροχιές εφαρμόζοντας τον φορμαλισμό του Χάμιλτον σε μια παραμετρική μετρική η οποία μπορεί να αντιστοιχηθεί σε γνωστές θεωρίες/μετρικές. Μετέπειτα, υπολογίζουμε τα σήματα βαρυτικών κυμάτων (Kludge waveforms) και τα συγκρίνουμε με τα αντίστοιχα της (ΓΘΣ), προκειμένου να εντοπίσουμε πιθανές αποκλίσεις. Εφαρμόζουμε την εν λόγω στρατηγική για τρεις εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας: στην Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet (EdGB), στη δυναμική Chern-Simons (dCS) και στην Scalar-Tensor-Vector gravity (STVG). Τέλος, συζητάμε τα απότελεσματα της εργασίας καθώς και μελλοντικές προοπτικές που θα οδηγήσουν σε πιο ακριβείς κυματομορφές, ώστε να ελέγξουμε πιο ρεαλιστικά σενάρια, για τα οποία το συμβολόμετρο LISA στη διάρκεια της αποστολής του, θα μπορούσε να εντοπίσει αποκλίσεις από την Kerr.