El rol de la transferencia de masa en progenitores de ondas gravitacionales - Astudillo, Julián (2025)
La comprensión de las propiedades, formación y el camino evolutivo que siguen los sistemas estelares de alta masa es un tema de investigación fundamental en la astrofísica estelar. Bajo ciertas condiciones, estos sistemas pueden generar una binaria de objetos compactos que se fusionará en un tiempo menor a la edad del universo (tiempo de Hubble). Las observaciones de ondas gravitacionales con observatorios como LIGO, Virgo y KAGRA han abierto una nueva ventana de estudio de este tipo de sistemas, aportando información prácticamente imposible de obtener con observaciones de emisión electromagnética. Con la detecci\'on de ondas gravitacionales se pueden conocer las masas y proyecciones del espín de las componentes instantes antes de la fusión, la masa total del objeto compacto resultante, y el corrimiento al rojo donde se produjo el evento. En este trabajo investigamos los efectos de la transferencia de masa sobre las características de las poblaciones de binarias de objetos compactos, en particular sobre aquellos progenitores de ondas gravitacionales. Este estudio est\'a motivado en el hecho de que, durante la evolución del sistema binario, la transferencia de masa produce una modificación de las propiedades orbitales de la binaria y de las propiedades f\'isicas de las estrellas. Estos cambios introducen una fenomenolog\'ia muy variada que puede cambiar el destino de la binaria, afectando su naturaleza y su capacidad de producir ondas gravitacionales observables. Analizamos distintos regímenes de transferencia de masa, abarcando desde el caso conservativo hasta uno casi completamente no conservativo, caracterizándolos por la eficiencia de acreción. Para este tipo de estudios se utilizan códigos de síntesis poblacional, los cuales permiten simular grandes grupos de sistemas e investigar sus propiedades generales a lo largo de su evolución, en un tiempo considerablemente más corto que con simulaciones hidrostáticas o hidrodinámicas más detalladas. En particular, utilizamos el código SEVN para simular 30 millones de sistemas binarios en tres grupos de 10 millones de sistemas cada uno. Cada grupo está caracterizado por una metalicidad que representa estrellas de Población I, II y III. De nuestras simulaciones hallamos que las binarias compactas progenitoras de ondas gravitacionales provienen casi en su totalidad de sistemas interactuantes. Esto se debe a que los sistemas con transferencia de masa tienden a producir poblaciones de binarias de objetos compactos mucho más cercanas que las no interactuantes, con \'orbitas circularizadas y masas m\'as bajas, lo que efectivamente conlleva a una disminuci\'on del tiempo de fusión. El principal efecto de los distintos reg\'imenes de transferencia de masa es el cambio en la demograf\'ia de los progenitores de ondas gravitacionales, llegando en el caso no conservativo a duplicarse las estrellas de neutrones dobles y reducirse a la mitad los agujeros negros dobles (respecto a las cantidades en el caso conservativo). Vemos además que la eficiencia de producción de dichos sistemas, entendida como la cantidad producida por unidad de masa simulada, crece a medida que disminuye la metalicidad. De las observaciones de ondas gravitacionales no se puede conocer directamente, entre otras propiedades, la población a la que pertenecen los sistemas observados (i.e. la metalicidad de las binarias progenitoras). Sin embargo, es posible utilizar nuestros resultados, a modo general e indicativo, para inferir la metalicidad y la eficiencia de transferencia de masa a partir de la informaci\'on obtenida con dichas observaciones. As\'i, si asumimos que las ondas gravitacionales observadas se produjeron en binarias de Población I, nuestros resultados no representarían la fracción observada de agujeros negros binarios. Sin embargo, si asumimos que se originan en sistemas de Población II o III, nuestros resultados predicen una proporción de agujeros negros binarios más acorde a la observada. El análisis realizado en esta Tesis ayuda a preparar el escenario para la interpretación de las observaciones que la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA se encuentra publicando de forma continua, y de aquellas futuras que se realizarán con detectores de ondas gravitacionales de tercera generación ya planificados. Además, el método empleado constituye un primer estudio que puede extenderse a escenarios en donde se consideren las distintas incertezas en los procesos que operan durante la evolución de binarias de alta masa, las interacciones que existen en entornos dinámicamente activos (cúmulos estelares) y la correlación que existe entre las propiedades de galaxias anfitrionas y su capacidad de producción de fuentes de ondas gravitacionales.