Fundo estocástico de ondas gravitacionais gerados por buracos negros pré-galáctiocs

• Main Author: Eduardo dos Santos Pereira
• Other Authors: Oswaldo Duarte Miranda
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2008
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m17@80/2008/01.14.18.36

A observação da radiação cósmica de fundo em microondas nos fornece informação sobre o momento em que matéria e radiação desacoplaram, como uma fotografia produzida 300.000 anos após o Big-Bang. Hoje, através da observação de estruturas e objetos cósmicos, podemos avaliar o comportamento do Universo em tempos mais recentes (em torno de um bilhão de anos após o início do Universo). Porém, existe uma fase da qual não se têm informações, a chamada ``Era Cosmológica das Trevas''. Por outro lado, a primeira detecção de ondas gravitacionais, e a posterior regular observação dessas ondas, certamente está entre os mais importantes objetivos científicos, e avanços tecnológicos, para o começo deste milênio. Em particular, a observação direta de ondas gravitacionais abrirá uma nova janela astronômica para a observação do Universo. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem por objetivo o uso de ondas gravitacionais como ferramenta de estudo do Universo primordial. Fizemos o estudo e a caracterização dos fundos estocásticos de ondas gravitacionais geradas pelo colapso para buracos negros de estrelas primordiais. Para isso, utilizamos o cenário hierárquico de formação de estruturas, dentro do modelo $ Lambda$ CDM. Em tal contexto, o formalismo tipo Press-Schechter foi usado no cálculo da função de massa de halos de matéria escura, que forneceu um modelo fisicamente adequado para a formação das estruturas do Universo. Então, pode-se determinar, em função do `` extit{redshift}'', a taxa de formação estelar. Foi obtido que, independentemente do ponto em ``emph{redshift}'' que se considera iniciar a formação estelar ($ z_{ini}$ ), os máximos da Taxa Cósmica de Formação Estelar decrescem com o aumento da massa mínima inicial dos halos de matéria escura, e que ao se aumentar o tempo característico de formação estelar ocorre uma diminuição no número de estrelas formadas, ao mesmo tempo que seus máximos se aproximam do presente. Para os três casos de $ z_{ini}$ (20, 30 e 40), ao se aumentar o valor da massa mínima inicial dos halos de matéria escura, do tempo característico de formação estelar e do expoente da função de massa inicial, a amplitude do fundo sofreu uma diminuição de seus valores. Foi observado que a contribuição para a densidade de energia do Universo do sinal gravitacional emitido pelas fontes aqui estudas, são muito menores que um, não alterando a dinâmica do Universo. Em todos os casos o cálculo da razão sinal/ruído foi menor que um para os detectores interferométricos LIGO ( extit{Laser Interferometer Gravitational-Waves Observatory}) nas configurações: inicial (I), intermediária (II) e avançada (III). Porém, obtivemos $ (S/N) hicksim0,7$ (na configuração LIGO III) para alguns dos modelos aqui estudados. Isso abre a possibilidade de obter $ (S/N)>1$ , no cenário aqui proposto, pela introdução de um terceiro (ou quarto) interferômetro no cálculo da razão $ (S/N)$ . === Observation of the Cosmic Microwave Background Radiation (CMB) provide us with a clear information about the status of matter and radiation at the decoupling era like a snapshot of the Universe 300.000 years after the Big-Bang. Nowadays, through observations of the cosmic structure, we can build-up the history of the Universe from one billion years after the Big-Bang until the present time. However, there is a period of the history of Universe, known as "Dark Ages'', for which we have no observational data. On the other hand, the first gravitational wave detection will open a new astronomical window for observation of the Universe at high redshifts. The main objective of the present work is to use gravitational waves as a tool for the study of the Universe at high redshifts. To do that, we use a Press-Schechter like-formalism to study the cosmic star formation up to redshift 40. We study three specific cases for Zini (20, 30 and 40), and we follow the star formation history within the dark halos formed from the collapse of primordial density perturbations. In particular, we obtain Signal-to-Noise (S/N) ratios for the correlation of two LIGO's (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) operating in the initial, enhanced and advanced configurations. We run several models changing the following parameters: exponent of the initial mass function, time scale for star formation, efficiency for gravitational wave produtcion. We find, for some models , (S/N) hicksim 0,7 for LIGO III configuration. This kind of result open a possibility to detect such a stochastic background adding a third (or fourth) interferometer to calculate the Signal-to-Noise rate $ (S/N).