Implicações da Física Teórica da Observação de Ondas Gravitacionais com Detectores Futuros

arXiv:1704.08268 [pdf, other]

Katie Chamberlain, Nicolas Yunes

eXtreme Gravity Institute, Department of Physics,
Montana State University, Bozeman, MT 59717, USA.
(Dated: April 28, 2017)

As ondas gravitacionais codificam informações inestimáveis ​​sobre a natureza do relativamente inexplorado regime de gravidade extrema, onde a interação gravitacional é forte, não-linear e altamente dinâmica. As recentes observações das ondas gravitacionais pelo LIGO avançado forneceram os primeiros vislumbres neste regime, permitindo a extração de novas inferências sobre diferentes aspectos da física teórica. Por exemplo, essas detecções fornecem restrições sobre a massa do graviton, a violação de Lorentz no setor gravitacional, a existência de grandes dimensões extras, a variabilidade temporal da constante gravitacional de Newton e as relações de dispersão modificadas de ondas gravitacionais. Muitas dessas restrições, no entanto, ainda não são competitivas com restrições obtidas, por exemplo, através de observações do Sistema Solar ou observações de pulsar binário. Neste trabalho, estudamos o grau em que inferências teóricas de física extraídas de observações de ondas gravitacionais irão se fortalecer com detecções de detectores futuros. Consideramos futuros detectores terrestres, como as expansões de classe LIGO A +, Voyager, Cosmic Explorer e o Einstein Telescope, bem como várias configurações do detector de espaço LISA. Descobrimos que os detectores baseados no espaço colocarão constrangimentos na Relatividade Geral até 12 ordens de grandeza mais rigorosamente do que os limites atuais de aLIGO, mas essas restrições baseadas no espaço são comparáveis ​​àquelas obtidas com o Cosmic Explorer terrestre ou o Einstein Telescope. Também encontramos genericamente que as melhorias na banda de sensibilidade do instrumento em baixas freqüências levam a grandes melhorias em certas classes de restrições, enquanto as melhorias de sensibilidade em altas freqüências levam a ganhos mais modestos. Esses resultados reforçam o argumento para o desenvolvimento de futuros detectores, ao mesmo tempo em que fornecem informações adicionais que poderiam ser úteis em futuras decisões de projeto.