PRR Project

Summary

A última década testemunhou a emergência de estudos de precisão em gravidade forte, alimentados por novos dados observacionais que examinam a natureza fundamental dos buracos negros astrofísicos (BHNs). O advento da astronomia de ondas gravitacionais (OGs) [7] e avanços significativos nas observações eletromagnéticas, particularmente imagens de sombras de BNs [8T], revelaram detalhes anteriormente desconhecidos da geometria do espaço-tempo de BNs. Isto motiva esforços oportunos para analisar meticulosamente várias categorias de modelos de BNs e objetos compactos sem horizonte (ECOs) mais especulativos, com o objetivo de desvendar a fenomenologia relevante. Simultaneamente, há um interesse crescente em explorar o potencial de partículas/campos bosónicos ultraleves fundamentais como principais candidatos à matéria escura [9]. Esses campos podem dar origem a objetos compactos alternativos, tanto BNs diferentes da solução de Kerr [1T, 10T] quanto ECOs sem horizonte (imitadores de BNs) [11T,12T] com massas relevantes para fenómenos astrofísicos e interações distintas com BNs astrofísicos [13]. Embora as observações atuais não tenham revelado quaisquer disparidades substanciais entre o modelo Kerr e os dados empíricos, a maior precisão possibilitada pelos avanços nos métodos de observação pode ampliar as distinções com hipóteses alternativas credíveis. Dentro destas variações subtis podem existir oportunidades inexploradas, reminiscentes da importância de avanços observacionais e experimentais passados, como a precessão anómala do periélio de Mercúrio, a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas ou o desvio espectral de Lamb. Portanto, é essencial fazer-se a análise precisa de modelos não-Kerr, fornecendo um roteiro para descobrir os enigmas ocultos nos intrincados detalhes dos fenómenos gravitacionais. Uma ilustração nítida do potencial inovador para a física fundamental da interação entre os modelos bosónicos mencionados acima e os observáveis ??de precisão, no contexto de OGs, foi demonstrada na análise de um evento concreto na extremidade de massa superior dos transientes detectados até agora : GW190521 [14T]. De coautoria dos membros da equipa nesta proposta, o trabalho [14T] estabeleceu como este evento poderia ser interpretado como uma colisão de estrelas vetoriais de bosões [15T], ECOs compostos de campos bosónicos fundamentais ultraleves. A correção de tal hipótese implicaria a detecção de uma nova partícula bosónica ultraleve de matéria escura, identificando sua massa e natureza. Isto sublinha, no mínimo, a questão da degenerescência dos dados actuais: diferentes modelos podem ajustá-los; mas isto só pode ser visto quando a fenomenologia adequada tiver sido estabelecida. Numa perspectiva mais ousada, mostra como os actuais detectores de OGs, LVK, podem tornar-se os novos detectores de partículas do século XXI, levantando questões e rendendo interpretações muito além da astrofísica e da gravidade forte, entrando em outros domínios, nomeadamente o da física de partículas. Esta oportunidade extraordinária exige a construção de extensas bibliotecas de formas de onda para objetos não-Kerr, um objetivo que abordaremos usando, em particular, metodologias inovadoras de aprendizagem profunda para aumento de dados [17T,18T]. Essa metodologia vai além do uso de algoritmos de aprendizagem profunda para classificação de dados, que a equipa também vem explorando de forma colaborativa [19T]. A questão da degenerescência também está presente em outras observáveis, como a sombra de BNs [8T]. Isto já é sugerido por análises exploratórias comparando os dados do Event Horizon Telescope (EHT) para M87* e Sgr A* com alguns modelos com campos bosónicos fundamentais, usando ambientes astrofísicos reconhecidamente simplistas, por ex. [20T,21T]; análises adequadas de condições astrofísicas mais realistas são obrigatórias para uma comparação rigorosa com os dados, onde um ambiente de acreção é determinado pela modelagem GR magneto-hidrodinâmica (GRMHD), e além do traçado de raios, também a transferência radiativa deve ser considerada. Essas análises aprofundadas só começaram a ser consideradas para os modelos mais simples de ECOs permitidos por campos bosónicos fundamentais ultraleves, por ex. [22T], o que deve ser reconsiderado para modelos dinamicamente mais robustos [23T,24T]. A perspectiva de uma próxima geração do EHT, na qual os membros da equipa estão envolvidos, sublinha ainda mais a oportunidade desta análise e as oportunidades que ela revela. Esta proposta visa desenvolver modelos fenomenológicos de ponta que possam ser comparados com observações existentes e futuras. A equipa, reconhecida internacionalmente pela sua experiência, irá gerar modelos teóricos precisos para vários observáveis, aproveitando modelos de objetos compactos com campos bosónicos ultraleves. Esta abordagem interdisciplinar abrange gravidade forte, astrofísica e física de altas energias, ao mesmo tempo que se ramifica em outras áreas.