doctoralThesis
Late-time cosmology with third generation gravitational waves observatories
Registro en:
SOUZA, Josiel Mendonça Soares de. Late-time cosmology with third generation gravitational waves
observatories. Orientador: Riccardo Sturani. 2023. 162f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Autor
Souza, Josiel Mendonça Soares de
Resumen
With the first detection of gravitational waves in 2015 by the observatories LIGO Hanford and
Livingston, a new window opened to the study of astronomy, astrophysics, and cosmology. With
gravitational waves emitted by binary systems of compact objects, such as binaries of black holes
and neutron stars, we can measure directly their luminosity distances dL, similar to type Ia supernovae called standard candles. Thus, these gravitational wave sources received the name standard
sirens, in analogy with the standard candles. If an electromagnetic counterpart of these sources
is available, as the signal GW170817, we can identify directly their sky position, and so, their host
galaxies and redshifts z. Thus, having a relationship dL − z through detections of gravitational
waves with electromagnetic counterparts, we can perform cosmological tests, such as measuring H0, performing Bayesian model selection, and constraining cosmographic parameters, among
others. In this work, we explore the strength of the planned ground-based third generation observatories, Einstein Telescope and Cosmic Explorer to probe the evolution of the Universe’s expansion. We start presenting our software GWDALI developed to estimate uncertainties in gravitational wave parameters via Fisher-Matrix and beyond Gaussianity approach of likelihoods. We
also explore how much the synergy between third generation observatories can improve measurements of luminosity distances of bright standard sirens (standard sirens with electromagnetic
counterparts) to get the best cosmological constants from dL − z relationships. Finally, we deal
with the cosmography approach, forecasting the maximum accuracy in the measurements of the
first three cosmographic parameters, Hubble constant H0, deceleration parameter q0, and jerk j0
with Einstein Telescope. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Com a primeira detecção de ondas gravitacionais em 2015 pelos observatórios LIGO Hanford e
Livingston, uma nova janela se abriu para o estudo da astronomia, astrofísica e cosmologia. Com
ondas gravitacionais emitidas por sistemas binários de objetos compactos, como binários de buracos negros e estrelas de nêutrons, podemos medir diretamente suas distâncias de luminosidade
dL , semelhantes às supernovas do tipo Ia chamadas de velas padrão. Assim, essas fontes de ondas gravitacionais receberam o nome de sirenes padrão, em analogia com as velas padrão. Se
uma contraparte eletromagnética dessas fontes estiver disponível, como o sinal GW170817, podemos identificar diretamente sua posição no céu e, portanto, suas galáxias hospedeiras e redshifts
z. Assim, tendo uma relação dL − z por meio de detecções de ondas gravitacionais com contrapartes eletromagnéticas, podemos realizar testes cosmológicos, como medir H0 , realizar seleção
de modelo bayesiano, restringir parâmetros cosmográficos, entre outros. Neste trabalho, exploramos a força dos planejados observatórios terrestres de terceira geração, o Einstein Telescope e o
Cosmic Explorer para sondar a evolução da expansão do Universo. Iniciamos apresentando nosso
software GWDALI desenvolvido para estimar incertezas em parâmetros de ondas gravitacionais
via Matrizes de Fisher e aproximações além-gaussianas de likelihoods. Também exploramos o
quanto a sinergia entre observatórios de terceira geração pode melhorar as medições de distâncias de luminosidade de sirenes padrões brilhantes (sirenes padrão com contrapartes eletromagnéticas) para obter as melhores constantes cosmológicas das relações dL −z. Finalmente, lidamos
com a abordagem cosmográfica, prevendo a máxima precisão nas medições dos três primeiros
parâmetros cosmográficos, constante de Hubble H0 , parâmetro de desaceleração q0 e jerk j0 com
o Einstein Telescope.