Estudio de propiedades dinámicas en sistemas binarios de agujeros negros

• Autores: Tassone, Emmanuel Agustín
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Kozameh, Carlos Nicolás
• Materia: Gravitación, cosmología y astrofísica; Relatividad general; Formalismo asintótico; Agujeros negros binarios; Gravitation, cosmology and astrophysics; General relativity; Asymptotic formalism; Black hole binaries
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2023.
Fil: Tassone, Emmanuel Agustín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.
En esta tesis, haciendo uso de la estructura asintótica del espaciotiempo y del formalismo de Newman-Penrose, definimos la noción de centro de masa y espín para sistemas gravitacionales que emiten radiación gravitacional. A diferencia de otras formulaciones disponibles en la literatura, una de las características centrales de nuestro formalismo es el uso del formalismo de superficies nulas. Explicaremos el scattering de materia en términos de este formalismo y la definición de cortes reales que se corresponden con líneas de mundo del espaciotiempo. Mediante el uso de estos cortes asociados a líneas de mundo derivamos las ecuaciones para el momento angular y el momento dipolar másico del espaciotiempo mediante el uso de las simetrías asintóticas presentes en el infinito nulo. Proponemos un gauge que nos permite resolver la ambigüedad del momento angular proveniente de las simetrías asintóticas del infinito nulo. Las ecuaciones obtenidas nos permiten definir el concepto de centro de masa y momento angular intrínseco para un espaciotiempo asintóticamente plano arbitrario. Los conceptos definidos reproducen la definición de centro de masa y momento angular intrínseco en el caso de un espaciotiempo de Minkowski. Obtenemos la evolución temporal de las variables dinámicas y cinemáticas a partir de las identidades de Bianchi. En particular, obtenemos la evolución del centro de masa y momento angular intrínseco a partir de las variables definidas en la frontera nula. Finalmente, hacemos una aplicación del formalismo presentado al catálogo de ondas gravitacionales del instituto de tecnología de Rochester. La evolución del centro de masa, pérdida de momento angular intrínseco y total, energía radiada y velocidad del centro de masa para distintos valores iniciales de sistemas binarios de agujeros negros son calculados. Un análisis exhaustivo es hecho sobre la física de las variables definidas en el infinito nulo para las distintas categorías de simulaciones: binarias sin espines, binarias con espines alineados y binarias con espines precesantes. Analizamos la consistencia de los resultados obtenidos y, en particular, comparamos los valores finales de la velocidad del centro de masa con las kick velocities de los metadatos computados para cada simulación.
In this thesis, making use of the asymptotic structure of spacetime and the Newman-Penrose formalism, we define the notion of center of mass and spin for gravitational systems emitting gravitational radiation. Unlike other formulations available in the literature, one of the central features of our formalism is the use of the null surface formalism. We will explain matter scattering in terms of this formalism and the definition of real slices that correspond to worldlines of spacetime. By using these slices associated to worldlines we derive the equations for the angular momentum and mass dipole moment of spacetime by using the asymptotic symmetries present at null infinity. We propose a gauge that allows us to resolve the ambiguity of the angular momentum coming from the asymptotic symmetries of null infinity. The obtained equations allow us to define the concept of center of mass and intrinsic angular momentum for an arbitrary asymptotically flat spacetime. The defined concepts reproduce the definition of center of mass and intrinsic angular momentum in the case of a Minkowski spacetime. We obtain the time evolution of the dynamical and kinematic variables from the Bianchi identities. In particular, we obtain the evolution of the center of mass and intrinsic angular momentum from the variables defined at the null boundary. Finally, we make an application of the presented formalism to the gravitational wave catalogue of the Rochester Institute of Technology. The evolution of the center of mass, loss of intrinsic and total angular momentum, radiated energy and velocity of the center of mass for different initial values of binary black hole systems are calculated. An exhaustive analysis is made on the physics of the variables defined at the null infinity for the different categories of simulations: spinless binaries, spin-aligned binaries and precessing spin binaries. We analyze the consistency of the results obtained and, in particular, we compare the final values of the center of mass velocity with the kick velocities of the metadata computed for each simulation.
Fil: Tassone, Emmanuel Agustín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.