Inference of cosmological and black holes population parameters using gravitational waves data

Abstract

A la meva tesi, vaig presentar tota la feina i la investigació que vaig realitzar durant el meu doctorat. Vaig participar en diverses anàlisis astrofísiques i cosmològiques utilitzant dades d’ones gravitacionals. El meu doctorat va conduir a diverses publicacions amb un grup reduït de col·laboradors així com a publicacions de la col·laboració LIGO-Virgo-Kagra. Vaig estar involucrat a la recerca de soroll del detector Virgo que va tenir lloc a l’aturada entre els períodes de presa de dades O3a i O3b. La nostra contribució va ajudar a localitzar l’origen de diversos sorolls que abans eren desconeguts i que estaven afectant la sensibilitat del detector. També vaig participar a la instal·lació del primer deflector instrumentat que es va col·locar al detector Virgo i a l’estudi de la seva resposta. Les mesures proporcionades per aquest dispositiu es van comparar amb diverses simulacions de llum desviada. Pel que fa a la part d’anàlisi, vaig participar en el grup cosmològic de la col·laboració LIGO-Virgo-Kagra. Vaig contribuir al desenvolupament dels “pipelines” cosmològics, ja sigui utilitzant o no catàlegs de galàxies. Això va conduir a dos articles de la col·laboració que presenten la millor mesura fins a la data per a la constant de Hubble utilitzant “dark sirens”. La investigació sobre l’estimació dels paràmetres cosmològics va conduir també a una comprensió més profunda de la importància dels paràmetres de població dels forats negres, que també és interessant des del punt de vista astrofísic. Vam desenvolupar un nou model que a partir de primers principis arriba a la distribució de massa dels forats negres a l’univers. Això es fa considerant el temps de retard entre la formació d’estrelles i la fusió dels forats negres binaris. També exploràrem la informació i restriccions que s’obté sobre els paràmetres dels models més enllà de la teoria de Relativitat General utilitzant dades d’ones gravitacionals. Finalment, també vaig desenvolupar un “pipeline” que pot simular catàlegs d’ones gravitacionals. L’usuari pot seleccionar simular dades per a diversos models cosmològics, models de masses i molt més. El “pipeline” és útil ja que es pot fer servir per obtenir prediccions dels resultats que esperem en futurs períodes d’observació així com per identificar incerteses sistemàtiques en altres “pipelines”/mètodes.

En mi tesis, presenté todo el trabajo y la investigación que hice durante mi doctorado. Participé en varios análisis astrofísicos y cosmológicos utilizando datos de ondas gravitacionales. Mi doctorado condujo a varias publicaciones con un grupo reducido de colaboradores así como en publicaciones de la colaboración LIGO-Virgo-Kagra. Estuve involucrado en la búsqueda de ruido del detector Virgo que tuvo lugar en la pausa de operaciones entre los periodos de toma de datos O3a y O3b. Nuestra contribución ayudó a localizar el origen de varios ruidos que antes eran desconocidos y que estaban afectando a la sensibilidad del detector. También participé en la instalación del primer deflector instrumentado que se colocó en el detector Virgo y en el estudio de su respuesta. Las medidas proporcionadas por este dispositivo se compararon con varias simulaciones de luz dispersa. Por lo que respecta a la parte de análisis, participé en el grupo cosmológico de la colaboración LIGO-Virgo-Kagra. Contribuí al desarrollo de los “pipelines” cosmológicos, ya sea utilizando o no catálogos de galaxias. Esto condujo a dos documentos de la colaboración que presentan la mejor medida hasta la fecha para la constante de Hubble usando “dark sirens”. La investigación sobre la estimación de los parámetros cosmológicos condujo también a una comprensión más profunda de la importancia de los parámetros de población de los agujeros negros, que también es de interés astrofísico. Desarrollamos un nuevo modelo que a partir de primeros principios llega a la distribución de masa de los agujeros negros en el Universo. Esto se hace considerando el tiempo de retraso entre la formación de estrellas y la fusión de los agujeros negros binarios. También exploramos la información y las restricciones que obtenemos sobre los parámetros de los modelos más allá de la teoría de Relatividad General utilizando datos de ondas gravitacionales. Finalmente, también desarrollé un “pipeline” que puede simular catálogos de ondas gravitacionales. El usuario puede seleccionar simular datos para varios modelos cosmológicos, modelos de masas y mucho más. El “pipeline”es útil ya que se puede usar para realizar predicciones de los resultados que esperamos de futuros periodos de observación y también se puede usar para identificar incertidumbres sistemáticas en otras “pipelines”/métodos.

In my thesis I presented all the work and research I did during my PhD. I was involved into various astrophysical and cosmological analyses using gravitational waves data. My PhD led to several short author and wide LIGO-Virgo-Kagra journal publications. I was involved into the noise hunting of the Virgo detector that took place in the commissioning break between the O3a and O3b observational runs. Our contribution helped locating the sources of various noises that were previously unknown, and were affecting the sensitivity of the detector. I was also involved in the installation of the first instrumented baffle that was placed in the Virgo detector and the monitoring of its response. The measurements provided by this device were compared to various scattered light simulations. On the physics side of the analyses, I was involved in the cosmological group of the LIGO-Virgo-Kagra collaboration. I contributed to the development of the cosmological pipelines, both using or not galaxy catalogues. This led to two collaboration papers presenting the best constraint up to date for the Hubble constant using dark sirens. The research on the cosmological parameters estimation led also to a deeper understanding of the importance of population parameters of the black holes, which is also of astrophysical interest. We developed a new model that starts from first principles and arrives at the mass distribution of black holes in the Universe. This is done by considering the time delay between formation of stars and the merging of binary black holes. We also explored the information and constraints we get on parameters of models beyond General Relativity using gravitational waves data. Finally, I also developed a pipeline that can simulate gravitational waves transient catalogues. The user can select to simulate data for various cosmological models, mass models and many more. The pipeline is useful since it can be used to perform predictions for results that we expect from future observational runs and also can be used to identify systematic uncertainties in other pipelines/methods.