Análise Conjunta da População e de Lentes Fortes em Eventos de Ondas Gravitacionais para Investigar a Taxa de Fusão de Buracos Negros Além do Pico de Formação Estelar

Neste contexto, apresentamos uma nova e abrangente análise do catálogo de fusões de buracos negros binários compilado pelas colaborações LIGO-Virgo-KAGRA. O objetivo principal desta investigação é inferir simultaneamente três aspectos fundamentais: primeiramente, determinar se cada evento de onda gravitacional detectado é ou não fortemente lenteado; em segundo lugar, quantificar as ampliações resultantes do lenteamento, caso este ocorra; e, por fim, caracterizar a população subjacente de fusões de buracos negros binários. Para alcançar esses objetivos, empregamos modelos de população sofisticados que permitem uma avaliação conjunta e consistente de todos esses parâmetros, superando as limitações de análises que tratam esses fenômenos de forma isolada.

Os resultados obtidos a partir desta análise detalhada revelam que as probabilidades de lenteamento forte posterior não excedem 1% para qualquer um dos eventos de ondas gravitacionais incluídos no catálogo. Esta baixa probabilidade sugere que, até o momento, a detecção de eventos fortemente lenteados é rara ou inexistente nos dados atuais. Consequentemente, as restrições impostas à população de fusões de buracos negros binários são consistentes com aquelas derivadas de análises que assumem a não detecção de lentes fortes ou, de forma mais conservadora, que o fenômeno de lenteamento forte não ocorre com frequência suficiente para impactar significativamente o catálogo atual.

A modelagem da população subjacente de buracos negros binários, realizada em conjunto com a inferência de lentes fortes, incorpora diversas características astrofísicas importantes. Isso inclui a consideração de múltiplas subpopulações baseadas na massa dos buracos negros, permitindo uma descrição mais granular da distribuição de massas observada. Além disso, a análise contempla um componente específico com spins altamente alinhados, um parâmetro crucial para entender os mecanismos de formação e evolução desses sistemas binários. A integração desses elementos no modelo populacional aprimora nossa capacidade de discernir as propriedades intrínsecas das fontes de ondas gravitacionais e sua distribuição no universo.

A capacidade de inferir simultaneamente a presença de lentes fortes e as características da população de buracos negros binários representa um avanço significativo na astrofísica de ondas gravitacionais. Ao mitigar os potenciais vieses introduzidos pelo lenteamento, esta metodologia permite uma compreensão mais precisa da taxa de fusão de buracos negros binários em diferentes épocas cosmológicas, estendendo-se além do pico de formação estelar. Tais insights são vitais para refinar os modelos de evolução estelar e de formação de buracos negros, contribuindo para uma imagem mais completa da dinâmica do universo e da origem dos eventos de ondas gravitacionais que observamos.