Implementación numérica de dinámica post-newtoniana y emisión de ondas gravitacionales

Abstract

En esta tesis se estudió la emisión de ondas gravitacionales por parte de sistemas binarios de objetos compactos (agujeros negros y/o estrellas de neutrones) en la fase de inspiral (previa a la fusión). Para ello, se llevó a cabo una extensa revisión bibliográfica de las teorías que sustentan el objetivo final de simular computacionalmente las ondas gravitacionales emitidas por los sistemas binarios en consideración. Se escribó una serie de códigos en Python que resuelven, en el sistema de referencia (SR) del centro de energía de la binaria, las ecuaciones de movimiento postnewtonianas de la coordenada relativa y que calculan las ondas gravitacionales emitidas en alguna dirección determinada, donde a una cierta distancia se simula la respuesta de un detector interferométrico (en ausencia de ruido). Además del código que calcula las ondas gravitacionales y la salida del detector, se implementaron otros que calculan espectros y espectrogramas de las señales simuladas. Las cantidades espectrales de interés se definen en términos de la Transformada de Fourier de la salida del detector, y los códigos poseen la versatilidad de permitirle al usuario usar los algoritmos de la FFT o la NUFFT (ver capítulo 4), dependiendo de si dicha señal esá uniformemente distribuida en el tiempo o no. El propósito final de los códigos es tener como entrada los datos generados por simulaciones numéricas con códigos complejos para el tratamiento de N cuerpos, como por ejemplo, NBODY6++3, Amuse4 y otros. Para poner a prueba los códigos escritos, se realizaron experimentos numéricos de modelación del cúmulo globular NGC 6266 (M62) usando NB6++GPU/PN, incorporando correcciones postnewtonianas hasta orden 3.5 PN y términos de interacción spin-spin. De dichas simulaciones se extrajeron los datos de algunas binarias representativas, y se calcuó la señal de la onda gravitacional observada por detectores a lo largo de direcciones particulares, intentando responder de esta forma, la pregunta de si las ondas gravitacionales emitidas desde NGC 6266 pueden o no ser detectadas por un detector similar a LIGO en las proximidades de la Tierra.