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Líneas de Investigación

  • HOYOS NEGROS

    Los procesos de acreción de materia hacia un agujero negro juegan un papel fundamental en la astrofísica. Antes de ser absorbido por el agujero, el material puede emitir una cantidad considerable de radiación que luego puede ser observada en experimentos terrestres y revelar información interesante sobre el agujero negro, tal como lo es su sombra por ejemplo. En la red estudiamos modelos analáticos o semi-analáticos para describir la acreción de materia o de vientos hacia un agujero negro basados en modelos hidrodinámicos o de gases cinéticos.

    Hasta el día de hoy la naturaleza de la materia oscura es elusiva. Un modelo que se ha propuesto hace varios años en México y que ha ganado popularidad en los últimos años es su descripción a través de un campo escalar ultra-ligero. En este proyecto, se estudia la posibilidad de modelar el núcleo de un halo galáctico de materia oscura con un campo escalar de este tipo, tomando en cuenta la presencia del agujero negro súper-masivo en el centro de la galaxia.

    De acuerdo a los teoremas de no-pelo de la teoría general de la relatividad, los agujeros negros que son asintóticamente planos, en equilibrio y en el vacío son únicamente caracterizados por dos parámetros: su masa y su momento angular. Al ser perturbados (como ocurre por ejemplo si están acretando materia o si entran en colisión con otro agujero negro u objeto compacto) los agujeros negros oscilan con un espectro de frecuencias complejas características que puede ser calculado explícitamente mediante la teoría de perturbación de agujeros negros, asumiendo que la perturbación es suficientemente pequeña. Estas oscilaciones se llaman Òmodos cuasi-normalesÓ, y son atenuadas (donde la escala de decaimiento está descrita por la parte imaginaria de las frecuencias). La mediciín del espectro de frecuencias cuasi-normales en las detecciones de ondas gravitatorias permite fijar los parámetros que caracterizan el agujero negro final, y además provee un test de la teoría general de la relatividad. En la red estudiamos y analizamos la teoría de perturbación de agujeros negros y en el cálculo de los modos cuasi-normales.

    Una de las propiedades más interesante de los agujeros negros es el hecho que satisfacen ciertas leyes que son idénticas en su forma a las leyes de la termodinámica. Uno de los problemas más importantes de la física teórica actual es entender el origen de las leyes de los agujeros negros. En la red investigadores estudian dichas leyes y su posible origen.

  • ONDAS GRAVITACIONALES

    Recientemente, científicos del Observatorio Gravitacional de Interferometría Laser (LIGO) reportaron las primeras detecciones directas de ondas gravitacionales (OG). En la red trabajamos en la metodología de análisis y procesamiento de datos de LIGO para detectar OG generadas por sistemas binarios en su última etapa de evolución. Esta metodología se evalúa usando datos reales de que contienen OG inyectadas con parámetros conocidos. Los resultados muestran que es posible detectar todas las OG inyectadas en los experimentos científicos de LIGO S5, S6, GW150914, GW151226, GW170104 y GW170814, los cuales están disponibles para realizar estudio e investigación. A partir del modelo matemático de dos cuerpos orbitando se construyen plantillas realistas de OG en el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia siguiendo el formalismo post-newtoniano de orden 1, 2.5 y 3.5. Usamos técnicas de filtro adaptado para realizar la búsqueda de OG y se aplicaron métodos de aprendizaje automático para predecir parámetros de la fuente de OG (masas, distancia, espín, etc.) usando las formas de onda detectadas.

    El diseño y construcción de prototipos detectores de OG son necesarios para el desarrollo y mejora de los componentes tecnológicos de los detectores por interferometría laser. Tomando como ejemplo el detector LIGO, construimos en la Universidad de Guadalajara en colaboración con el Tecnológico de Monterrey, un dispositivo funcional a escala de detecciión de OG tipo interferometro de Michelson con cavidades Fabry-Perot. En este prototipo se pueden inducir formas de onda de OG reales escaladas a través del movimiento de los espejos (es decir, variando la longitud de los brazos). A través de esto se han simulado OG emitidas por sistemas binarios como pares de hoyos negros o estrellas de neutrones. Con las señales obtenidas se han evaluado técnicas y algoritmos de detección y se ha podido caracterizar la sensibilidad del prototipo. Mencionando algunas de las investigaciones que se pueden realizar con prototipos, se tiene por ejemplo, la mejora de los hilos de suspension de los espejos de LIGO y el sistema de amortiguamiento reductor de ruido en el interferometro, entre otros

    Con la reciente detección de la fusion de estrellas de neutrones (evento GW170817), realizada por los detectores de LIGO/VIRGO junto con los telescopios espaciales y terrestres, ademas de los detectores de neutrinos, la era de la astronomía de multi-mensajeros, es decir, la detección de ondas gravitacionales en coincidencia con señales electromagnéticas, ha comenzado. Esta nueva forma de observar el Universo permitirá explorar la física de fenómenos astrofísicos en los cuales la materia se encuentra bajo condiciones extremas tales como: las fusiones de estrellas de neutrones y/o agujeros negros, explosiones de rayos gamma y explosiones de supernova.

    Se sabe que los modelos cosmológicos también generan OG. Perturbaciones escalares y tensoriales nos proporcionan información de nuestro universo primitivo. A partir de las soluciones exactas de las ecuaciones dinámicas de un campo escalar, buscamos el espectro de potencia y los índices espectrales de las perturbaciones escalares y tensoriales con el objetivo de encontrar información de las OG generadas en etapas tempranas de nuestro universo.

  • GRAVITACIÓN

    Un problema común en la simulación numérica de ecuaciones hiperbólicas es la propagación de ondas sobre un dominio no acotado. La técnica habitual para resolver este problema consiste en reemplazar el dominio infinito por un dominio acotado con fronteras artificiales e imponer condiciones de contorno absorbentes sobre la frontera. La construcción de condiciones de contorno absorbentes ha sido bien estudiada para problemas de ondas en acústica, electromagnetismo, meteorología y geofísica. Sin embargo, en la teoría general de la relatividad el problema de valores iniciales con fronteras para la ecuaciones de Einstein es mucho más difícil que en los casos anteriores debido a la naturaleza geométrica del problema. Aunque ya existen varios resultados y propuestas para construir condiciones de frontera tipo absorbentes en la relatividad general, quedan muchos problemas abiertos y la meta principal de esta línea de investigación es lograr un entendimiento más profundo del problema.El problema de valores iniciales y de frontera para las ecuaciones de Einstein también juega un papel importante en la evolución de Cauchy de estrellas con un radio finito y para la descripción de espacio-tiempos que son asintoticamente anti-de-Sitter.

    En este proyecto se contemplan teorías modificadas de la relatividad general y sus consecuencias para la estructura de los agujeros negros, su estabilidad y sus modos cuasi-normales.