Black Hole Orbital Dynamics in General Relativity–A Post-Newtonian Approach with Implications for Astrophysics and Gravitational Wave Detection.
저자
발행사항
Ann Arbor : ProQuest Dissertations & Theses, 2022
학위수여대학
University of Florida Physics
수여연도
2022
작성언어
영어
주제어
학위
Ph.D.
페이지수
77 p.
지도교수/심사위원
Advisor: Will, Clifford M.
In 1916, Albert Einstein’s theory of general relativity predicted that accelerating massive objects, such as orbiting black holes, would create ripples in the geometry of space and time, namely gravitational waves. These cosmic ripples were first detected in 2015 by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), confirming Einstein’s century-old mathematical prediction. Since then, LIGO and new ground-based detectors such as Virgo and KAGRA have consistently detected gravitational waves from merging systems of two black holes, two neutron stars, and even combination pairs. These have transformed our universe into an evolving laboratory for testing theories of gravity and obtaining previously inaccessible astrophysical information. Future upgrades and planned space-based and ground-based detectors will further broaden the scope of gravitational wave observations. The efficient detection of new sources and the extraction of groundbreaking science from them will require further advances to gravitational wave models. Such advanced models do not currently exist and largely lack the mathematical framework needed to develop them.This thesis develops mathematical tools that will assist in gravitational wave model development and provide further insight into past detections. Chapter 1 provides the reader with a high-level overview of the history and background of this thesis while chapter 2 serves as a technical introduction to the theoretical tools that are used in chapters 3 and 4.Chapter 3 establishes an analytic technique for translating the orbital variables between their definitions within differing methods. This technique uses the equations for invariant energy and angular momentum in each method to relate the variables. In this work, the technique is demonstrated in application to the equations for the pericenter advance as derived from two different methods. The purpose is to address an apparent discrepancy arising in the equations’ original forms. The first method uses exact Schwarzschild geometry (section 3.2) and the second uses the osculating orbit approach (section 3.3). By properly translating between the variables of the two methods, it is shown that the discrepancies are purely a consequence of differing definitions and have no physical significance. Section 3.4 makes concluding remarks.Chapter 4 analyzes eccentric orbits of binary systems of massive compact objects, e.g., black holes, as they evolve due to the radiation of gravitational waves. Specifically, this work focuses on orbital characteristics, such as residual eccentricities, when the gravitational waves of the source become detectable by LIGO/Virgo. Section 4.2 introduces the post-Newtonian equations of motion to high order and uses techniques discussed in chapter 2 to explicitly derive equations for the long-term evolution of the orbit elements due to gravitational wave radiation. Section 4.3 presents numerical solutions to the evolution equations and shows that the exclusion of higher-order post-Newtonian terms from the evolution equations introduces significant errors in residual eccentricity values. It is additionally shown that the residual eccentricity has a negligible dependence on the mass ratio of the system, making this analysis applicable to systems of general masses. Section 4.4 develops accurate approximate analytic formulas for the residual eccentricity and evolution time that account for high post-Newtonian order effects. Final remarks for this work are made in Sec. 4.5.Chapters 2, 3, and 4 are drawn from papers Tucker & Will 2019 (Class. Quantum Grav. 36 115001) and Tucker & Will 2021 (Phys. Rev. D 104, 104023) of which I am first author. All complex analytic and numeric calculations discussed therein were carried out independently by myself and in parallel by my Ph.D. advisor Professor Clifford Will, apart from the calculations of App. C that I did singly. We then cross-checked our independent results and compared them for agreement. Software packages Maple and Mathematica were used in this process.
서지정보 내보내기(Export)
닫기소장기관 정보
닫기권호소장정보
닫기오류접수
닫기오류 접수 확인
닫기음성서비스 신청
닫기음성서비스 신청 확인
닫기이용약관
닫기학술연구정보서비스 이용약관 (2017년 1월 1일 ~ 현재 적용)
학술연구정보서비스(이하 RISS)는 정보주체의 자유와 권리 보호를 위해 「개인정보 보호법」 및 관계 법령이 정한 바를 준수하여, 적법하게 개인정보를 처리하고 안전하게 관리하고 있습니다. 이에 「개인정보 보호법」 제30조에 따라 정보주체에게 개인정보 처리에 관한 절차 및 기준을 안내하고, 이와 관련한 고충을 신속하고 원활하게 처리할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같이 개인정보 처리방침을 수립·공개합니다.
주요 개인정보 처리 표시(라벨링)
목 차
3년
또는 회원탈퇴시까지5년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한3년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한2년
이상(개인정보보호위원회 : 개인정보의 안전성 확보조치 기준)개인정보파일의 명칭 | 운영근거 / 처리목적 | 개인정보파일에 기록되는 개인정보의 항목 | 보유기간 | |
---|---|---|---|---|
학술연구정보서비스 이용자 가입정보 파일 | 한국교육학술정보원법 | 필수 | ID, 비밀번호, 성명, 생년월일, 신분(직업구분), 이메일, 소속분야, 웹진메일 수신동의 여부 | 3년 또는 탈퇴시 |
선택 | 소속기관명, 소속도서관명, 학과/부서명, 학번/직원번호, 휴대전화, 주소 |
구분 | 담당자 | 연락처 |
---|---|---|
KERIS 개인정보 보호책임자 | 정보보호본부 김태우 | - 이메일 : lsy@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0439 - 팩스번호 : 053-714-0195 |
KERIS 개인정보 보호담당자 | 개인정보보호부 이상엽 | |
RISS 개인정보 보호책임자 | 대학학술본부 장금연 | - 이메일 : giltizen@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0149 - 팩스번호 : 053-714-0194 |
RISS 개인정보 보호담당자 | 학술진흥부 길원진 |
자동로그아웃 안내
닫기인증오류 안내
닫기귀하께서는 휴면계정 전환 후 1년동안 회원정보 수집 및 이용에 대한
재동의를 하지 않으신 관계로 개인정보가 삭제되었습니다.
(참조 : RISS 이용약관 및 개인정보처리방침)
신규회원으로 가입하여 이용 부탁 드리며, 추가 문의는 고객센터로 연락 바랍니다.
- 기존 아이디 재사용 불가
휴면계정 안내
RISS는 [표준개인정보 보호지침]에 따라 2년을 주기로 개인정보 수집·이용에 관하여 (재)동의를 받고 있으며, (재)동의를 하지 않을 경우, 휴면계정으로 전환됩니다.
(※ 휴면계정은 원문이용 및 복사/대출 서비스를 이용할 수 없습니다.)
휴면계정으로 전환된 후 1년간 회원정보 수집·이용에 대한 재동의를 하지 않을 경우, RISS에서 자동탈퇴 및 개인정보가 삭제처리 됩니다.
고객센터 1599-3122
ARS번호+1번(회원가입 및 정보수정)