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Gravity Beyond Einstein: Gravitational-Wave Signatures of New Physics

Description du projet

Découvrir une nouvelle physique dans les ondes des trous noirs

La découverte d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs a ouvert une fenêtre sans précédent sur l’univers, mettant à l’épreuve la relativité générale d’Einstein dans des conditions extrêmes. Cependant, de nombreux physiciens fondamentaux considèrent cette théorie comme une «solution provisoire» qui devra finalement faire place à de nouvelles lois de la nature encore inconnues. Dans cette optique, le projet EFTGrav, financé par le CER, va s’appuyer sur la théorie des champs effectifs pour modéliser la manière dont les modifications de la théorie de la relativité générale peuvent altérer les signaux des trous noirs, depuis l’inspiration jusqu’à l’extinction des fusions binaires. En analysant les modes quasi-normaux, les effets de marée et les trous noirs en rotation, le projet produira des formes d’onde précises pour les observatoires de nouvelle génération, facilitant la recherche expérimentale de nouvelles lois physiques.

Objectif

The detection of gravitational waves (GWs) from binary black holes (BBHs) allows us to test the predictions of General Relativity (GR) in a highly-warped regime for the first time in history. Input from fundamental physics indicates that GR is not a complete theory, and therefore it must undergo modifications that would become relevant in extremely powerful gravitational fields. The next generation of GW observatories will probe extreme gravitational phenomena with a new level of precision, and hence opens a new window to observe the effects of these modifications.
This project will describe the most relevant smoking-gun signatures of modifications of GR on GW observations of BBHs, therefore enabling the experimental search of new physics. By working within the framework of effective field theory (EFT) —which captures the most general modifications of GR in an agnostic way — we will analyze the impact of beyond-GR physics on several key observables. We will provide a thorough analysis of the quasinormal modes (QNMs) of black holes — which control the ringdown part of the GW signal — introducing a novel formulation of perturbation theory as well as a correspondence between QNMs and modified geodesics. We will obtain the QNM frequencies of black holes of arbitrary rotation (including the challenging case of highly rotating black holes) and we will also analyze the amplitudes of QNMs. This will allow us to accurately model the ringdown signal and to identify resonances that would amplify the effects of new physics. We will also describe the inspiral of a BBH in the EFT extension of GR, accounting for corrections to radiation reaction and tidal effects — which we will analyze in detail by determining the tidal deformability of rotating black holes. In this way, we will obtain inspiral waveforms for spinning BBHs beyond GR. Our results will make it possible to perform precision tests on modifications of GR with the next generation of GW observatories.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-STG

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Institution d’accueil

UNIVERSIDAD DE MURCIA
Contribution nette de l'UE
€ 1 501 250,00
Adresse
AVENIDA TENIENTE FLOMESTA S/N - EDIFICIO CONVALECENCIA
30003 Murcia
Espagne
Région
Sur Región de Murcia Murcia
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 501 250,00

Bénéficiaires (1)