Sondando buracos negros e superespinares de massa (sub)solar com observatórios de ondas gravitacionais atuais e de próxima geração

As observações de ondas gravitacionais fornecem uma sonda poderosa de objetos compactos e campos gravitacionais fortes. Neste trabalho, investigamos a detectabilidade de binários contendo buracos negros e superespinares de (sub) massa solar com observatórios de ondas gravitacionais atuais e de próxima geração.

Tais objetos podem surgir de canais de formação primordial ou de cenários mais exóticos de alta energia, e sua detecção forneceria informações importantes sobre a população de objetos compactos de baixa massa e a física de campos gravitacionais extremos. Modelamos os sinais de ondas gravitacionais usando o modelo de forma de onda inspiradora pós-newtoniana no domínio da frequência TaylorF2 e truncamos o sinal na órbita circular estável mais interna (ISCO) para evitar a contaminação do regime pós-inspiral.

Avaliamos a observabilidade desses sistemas usando as sensibilidades dos detectores atuais, como o Advanced LIGO e os próximos observatórios de terceira geração, incluindo o Telescópio Einstein e o Cosmic Explorer. Nossos resultados mostram que, embora os detectores atuais tenham alcance limitado para binários de massa muito baixa, os observatórios de terceira geração podem melhorar a capacidade de detecção e a precisão da estimativa de parâmetros.

Sua sensibilidade aprimorada à deformação e cobertura estendida de baixa frequência permitem que esses observatórios rastreiem a fase inspiradora em um número substancialmente maior de ciclos de ondas gravitacionais. Como resultado, eles alcançam relações sinal-ruído consideravelmente mais altas e fornecem restrições dramaticamente melhoradas nos parâmetros binários.

Em particular, é possível medir o parâmetro de spin primário com precisão $Δχ_{1z}~\sim~10^{-4}-10^{-3}$, potencialmente permitindo uma discriminação observacional clara entre buracos negros quase extremos e superespinares na faixa de massa $0, 1~M_\odot-2~M_\odot$ e com relação. Tanto indivíduos como organizações que trabalham com arXivLabs abraçaram e aceitaram nossos valores de abertura, comunidade, excelência e privacidade dos dados do usuário.

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