Promotie: Precision science with Einstein Telescope - Cleaning glitches and acclerating parameter inference for the third generation of gravitational wave detectors

De Einsteintelescoop is een zwaartekrachtgolfdetector van de derde generatie waarvan wordt verwacht dat hij een orde van grootte gevoeliger zal zijn dan de huidige detectoren. Terwijl de huidige detectoren verschillende metingen mogelijk hebben gemaakt die voor het eerst konden worden uitgevoerd (zoals de sterke-veldtest van de algemene relativiteitstheorie, een onafhankelijke meting van de Hubbleconstante, het onderzoeken van de dichte kernmaterie in neutronensterren, en nog veel meer), kunnen detectoren van de derde generatie niet alleen een ongekende nauwkeurigheid en precisie aan deze metingen kunnen toevoegen, maar ook geheel nieuwe metingen mogelijk maken, zoals de detectie van primordiale zwarte gaten of faseovergangen in neutronenstermaterie.

Hoewel de verbeterde gevoeligheid wenselijk is, maakt zij het moeilijker om fysische inzichten uit de data te halen. Van bijzonder belang zijn voorbijgaande ruisbronnen, ook wel glitches genoemd, die overlappen met de signalen van zwaartekrachtgolven. Voor detectoren van de derde generatie verwachten we aanzienlijk meer glitches die met de signalen overlappen dan in de huidige situatie, waardoor het cruciaal is een methode te ontwikkelen om de data vrij te maken van glitches zonder het onderliggende signaal te verstoren.

Om deze uitdaging aan te pakken, ontwikkelen wij een nieuw raamwerk om glitches die overlappen met zwaartekrachtgolfsignalen nauwkeurig te verwijderen. Het raamwerk is uniek voor de driehoekige geometrie van de Einsteintelescoop; het kan niet worden gerealiseerd voor andere voorgestelde geometrieën, zoals twee ver uit elkaar geplaatste, niet-uitgelijnde L-vormige detectoren. Door gebruik te maken van de driehoekige geometrie presteert ons raamwerk beter dan de traditionele methodologie voor het weghalen van glitches die wordt gebruikt voor L-vormige detectoren, en toont het een duidelijk voordeel van de driehoekige geometrie ten opzichte van de alternatieven. In deze context kan ons werk een belangrijke rol spelen in de ontwerponderzoeken met betrekking tot de Einsteintelescoop die bezig zijn ten tijde van het schrijven van dit proefschrift.

Bayesiaanse parameterinferentie speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de bronparameters (zoals massa’s, spins, hemelpositie en afstand) van een zwaartekrachtgolfsignaal. De toenemende kosten van Bayesiaanse parameterinferentie vormen een andere uitdaging die voortvloeit uit de verbeterde gevoeligheid van de detectoren. Om deze uitdaging aan te pakken, ontwikkelen wij een raamwerk dat gebaseerd is op relative binning, om de kosten van Bayesiaanse inferentie te verlagen. Wij benchmarken onze methode op een groot aantal zowel reële als gesimuleerde signalen voor de huidige en volgende generatie detectoren. Daarnaast testen wij de geldigheid van ons snelle inferentieraamwerk op overlappende signalen en gelensde zwaartekrachtgolfsignalen. Bovendien voeren we simulaties uit om aan te tonen hoe zwaartekrachtslenzen kunnen helpen om de voortplanting van zwaartekrachtsgolven buiten de algemene relativiteitstheorie te begrenzen.