El efecto de las lentes gravitacionales sobre las ondas gravitacionales - imágenes duplicadas

Abstract

[spa] Desde la primera detección de una señal de onda gravitacional en el año 2015 por los detectores LIGO Hanford y LIGO Louisiana [1], se ha abierto una fascinante línea de investigación en la astronomía, que nos brinda la posibilidad de obtener información del universo mediante señales de naturaleza diferente a la electromagnética. Debido a los grandes esfuerzos para mejorar la sensibilidad de los detectores, se prevé que en los próximos años crecerá enormemente el número de detecciones de ondas gravitacionales, con el comienzo del cuarto periodo de observación O4, que llevarán a cabo los detectores LIGO, Virgo y KAGRA en el 2023. La teoría de la relatividad general predice que las ondas electromagnéticas son desviadas al pasar cerca de un objeto masivo, un fenómeno llamado lente gravitacional o, en inglés, lensing, que ya ha sido observado en múltiples ocasiones y utilizado para distintos estudios en astronomía [2]. Algo menos estudiado, debido a su menor disponibilidad, es la desviación de las ondas gravitacionales al pasar cerca de un objeto masivo, aunque la teoría de la relatividad general también predice que esto debería suceder. Para determinar si una onda gravitacional ha sufrido lensing, la estadística bayesiana permite comparar las probabilidades de que dos hipótesis sean ciertas: la hipótesis de que se ha producido lensing y la de que no se ha producido [3]. Este proyecto se centra en estudiar el factor de Bayes encontrado para varios pares de señales que podrían provenir del mismo evento tras pasar cerca de una lente gravitacional, comprobando la robustez de los métodos utilizados para obtener este factor. Para estos cálculos se utilizarán las distribuciones de probabilidad a posteriori calculadas con varias formas de onda disponibles. Además, se generarán distribuciones de probabilidad a posteriori para dos eventos utilizando tres formas de onda. Para ello se recurrirá al algoritmo parallel nested sampling.

[cat] Des de la primera detecció d’un senyal d’ona gravitacional l’any 2015 pels detectors LIGO Hanford i LIGO Louisiana [1], s’ha obert una línia de recerca fascinant a l’astronomia, que ens brinda la possibilitat d’obtenir informació de l’univers mitjançant senyals de naturalesa diferent a l’electromagnètica. A causa dels grans esforços per millorar la sensibilitat dels detectors, es preveu que en els propers anys creixerà enormement el nombre de deteccions d’ones gravitacionals, amb el començament del quart període d’observació O4, que duran a terme els detectors LIGO, Virgo i KAGRA el 2023. La teoria de la relativitat general prediu que les ones electromagnètiques són desviades en passar a prop d’un objecte massiu, un fenomen anomenat lensing, que ja ha estat observat en múltiples ocasions i utilitzat per a diferents estudis a l’astronomia [2]. Una mica menys estudiat, a causa de la seva menor disponibilitat, és la desviació de les ones gravitacionals en passar a prop d’un objecte massiu, encara que la teoria de la relativitat general també prediu que això hauria de passar. Per determinar si un senyal d’ona gravitacional ha patit lensing, l’estadística bayesiana permet comparar les probabilitats que dues hipòtesis siguin certes: la hipòtesi que s’ha produït lensing i que no s’ha produït [3]. Aquest projecte se centra a estudiar el factor de Bayes trobat per a diferents parells de senyals que podrien provenir del mateix esdeveniment després de passar a prop d’una lent gravitacional, comprovant la robustesa dels mètodes utilitzats per obtenir aquest factor. Per a aquests càlculs es faran servir les distribucions de probabilitat a posteriori calculades amb diverses formes d’ona disponibles. A més, es generaran distribucions de probabilitat a posteriori per a dos esdeveniments fent servir tres formes d’ona. Per això es recorrerà a l’algorisme parallel nested sampling.

[eng] Since the first detection of a gravitational wave signal in 2015 by the LIGO Hanford and LIGO Louisiana detectors [1], a fascinating line of research has been opened in astronomy, which gives us the possibility of obtaining information about the universe through signals of a different nature than the electromagnetic. Due to the great efforts to improve the sensitivity of the detectors, it is expected that in the coming years the number of gravitational wave detections will grow enormously, with the beginning of the fourth observation period O4, which is expected to be carried out by the LIGO, Virgo and KAGRA in 2023. The theory of general relativity predicts that electromagnetic waves are deflected when passing near a massive object, a phenomenon called lensing, which has already been observed on many occasions and used for various studies in astronomy [2]. Something less studied due to its lower availability is the deflection of gravitational waves when passing close to a massive object, although the theory of general relativity also predicts that this should happen. To determine whether a gravitational wave signal has been lensed, Bayesian statistics allow us to compare the probabilities that two hypotheses are true: the hypothesis that lensing has occurred and the hypothesis that it has not [3]. This project focuses on studying the Bayes factor found for different pairs of signals that could come from the same event after passing close to a gravitational lens, checking the robustness of the methods used to obtain this factor. For these calculations, the posterior probability distributions calculated with several available waveforms will be used. In addition, posterior probability distributions will be generated for two events, using three waveforms. For this, the parallel nested sampling algorithm will be used.