Praca doktorska
Miniatura
Pliki
0000-DR-362194-praca.pdf10.01 MB
Licencja
FairUseKorzystanie z tego materiału możliwe jest zgodnie z właściwymi przepisami o dozwolonym użytku lub o innych wyjątkach przewidzianych w przepisach prawa. Korzystanie w szerszym zakresie wymaga uzyskania zgody uprawnionego.
 

Exploring compact binary populations with Einstein Telescope

Uproszczony widok
dc.abstract.enEinstein Telescope (ET) is a future third-generation gravitational wave detector consisting of three overlapping interferometers, arranged in an equilateral configuration with arm-opening angles of 60 degrees. We perform a joint analysis of short duration gravitational wave signals from compact binary systems, long duration signals from compact binary systems and also analyse the Pop I and Pop II, Pop III and globular cluster compact binary mergers using the current design of the ET. We study the capability of ET as a single instrument for this analysis. The observation with a single instrument implies that the delay time in the detection in multiple detectors cannot be used to constrain the location of the source hence we use different antenna patterns for each of the three detectors that make ET to obtain information to constrain position in the sky and polarization. We present an algorithm to estimate the angles describing the location of the source, the inclination and polarisation of an inspiralling compact binary system using the ratios of the SNRs generated in each of the three detectors in single ET, and also provide estimates of the chirp mass, redshift, mass ratios and total mass of the source. For the short duration signals we conclude that in the best case single ET can constrain the 90% probability area of localization in the sky to a minimum value of ≈ 40 square degrees, for effective signal to noise of ρ ef f = 103. The values of chirp mass M and mass ratio q can also be constrained within 10% for ρ ef f ∼ 100, however the typical accuracies are of the order of 25%. Thus we show that single ET can constrain the distances, chirp masses and mass ratios with 20-30% accuracy for most sources. We take into account the effect of rotation of the Earth on the antenna pattern function to analyse long duration signals from coalescing low mass compact binary systems. We find that in this case the single ET can constrain the 90% probability area of localization in the sky to a minimum value of 6 square degrees, for the effective signal to noise ratio of ρ ef f = 73, but only 1% of binaries can be localised within 500 square degrees. The values of the chirp mass M and mass total mass M can be constrained within 2% while redshift z and luminosity distance D L can be estimated with an error of 10% for ρ ef f = 100 using single ET. We analyze binaries originating in stars from Population I and II, from Pop III and from globular clusters and estimate the constraints on the chirp mass, redshift and merger rate with redshift for these classes of compact object binaries. This analysis shows the capability of single ET to detect and distinguish different compact binary populations. We conclude that ET as a single instrument is capable of detecting and distinguishing different compact binary populations. The mass distributions characteristics of different compact binary populations can also be estimated with single ET assuming that sufficient number of binaries will be detected from each of these populations. We also show that populations are distinguishable in the combined bulk detection.
dc.abstract.plW niniejszej pracy zajmujemy się analizą potencjału naukowego Teleskopu Einsteina, czyli przyszłego detektora fal grawitacyjnych trzeciej generacji. Teleskop Einsteina ma być zbudowany na planie trójkąta równobocznego, i zawierać po dwa interferometry w każdym wierzchołku. Praca zawiera zarówno analizę krótkotrwałych sygnałów fal grawitacyjnych z koalescencji układów podwójnych obiektów zwartych, jak i analizę sygnałów długotrwałych. W dalszej części pracy metody te zastosowane są do analizy układów podwójnych pochodzących z gwiazd populacji I i II, z populacji III oraz z gromad kulistych. Co istotne w przypadku obserwacji tylko jednym instrumentem nie można lokalizować źródeł za pomocą analizy różnicy czasów przyjścia sygnału w różnych detektorach. W celu rozwiązania tego problemu korzystamy z faktu, że każdy z detektorów ma inną odpowiedź kątową, co pozwala nałożyć ograniczenia na położenie na niebie oraz polaryzację źródła porównując stosunki sygnału do szumu w poszczególnych detektorach. W dalszej części uzyskujemy ograniczenia na masę ćwierku M, masę całkowitą M , stosunek mas q oraz przesunięcie ku czerwieni obserwowanej koalescencji obiektów zwartych. W przypadku sygnałów krótkich najmniejszy obszar lokalizacji na poziomie 90% to 40 stopni kwadratowych, kiedy efektywny stosunek sygnału do szumu wynosi około 103. Błędy wyznaczenia masy ćwierku i stosunku mas dochodzą do 10% dla efektywnego sygnału do szumu około 100, jednakże typowe wartości błędów to 25%. A zatem Teleskop Einsteina, jako pojedynczy instrument, powala wyznaczyć przesunięcie ku czerwieni, odległość i masę ćwierku dla większości źródeł z dokładnością 20-30%. Dla źródeł długotrwałych uwzględniamy również obrót Ziemi. W tym przypadku najlepsza lokalizacja to około 6 stopni kwadratowych dla efektywnego sygnału do szumu około 73. Jednakże tylko 1% źródeł może być zlokalizowanych z dokładnością poniżej 500 stopni kwadratowych. Wartości masy ćwierku i całkowitej masy układu mogą być wyznaczone z dokładnością osiągającą 2%, podczas gdy przesuniecie ku czerwieni i odległość z dokładnością dochodzącą do 10% dla efektywnego sygnału do szumu około 100. Ostatnia część pracy poświęcona jest analizie syntetycznych populacji układów podwójnych obiektów zwartych pochodzących z gwiazd populacji I i II, z populacji III oraz z gromad kulistych. Wyznaczamy dla każdej nich rozkłady wykrytych mas ćwierku, mas całkowitych i przesunięć ku czerwieni oraz zależność tempa koalescencji od przesunięcia ku czerwieni. Ta analiza pokazuje, że Teleskop Einsteina jako pojedynczy instrument, jest w stanie wykryć i rozróżnić poszczególne populacje układów podwójnych. Ponadto Teleskop Einsteina będzie mógł określić rozkłady masy i przesunięć ku czerwieni poszczególnych populacji zakładając, że każda z nich jest odpowiednio liczna.
dc.affiliation.departmentInstytut - Obserwatorium Astronomiczne
dc.contributor.authorSingh, Neha
dc.date.accessioned2021-12-07T15:48:29Z
dc.date.available2021-12-07T15:48:29Z
dc.date.defence2021-12-03
dc.date.issued2021-12-07
dc.description.promoterBulik, Tomasz
dc.identifier.urihttps://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4091
dc.language.isoen
dc.rightsFairUse
dc.subject.enbinary population
dc.subject.enneutron stars
dc.subject.enblack holes
dc.subject.engravitational waves
dc.titleExploring compact binary populations with Einstein Telescope
dc.title.alternativeBadanie populacji układów podwójnych obiektów zwartych Teleskopem Einsteina
dc.typeDoctoralThesis
dspace.entity.typePublication