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Gravity Beyond Einstein: Gravitational-Wave Signatures of New Physics

Descrizione del progetto

Alla ricerca di una nuova fisica nelle onde dei buchi neri

La scoperta delle onde gravitazionali provenienti dalla fusione dei buchi neri ha aperto una finestra senza precedenti sull’universo, mettendo alla prova la relatività generale di Einstein in condizioni estreme; ciononostante, molti fisici fondamentali ritengono che la teoria sia un «segnaposto» che, alla fine, dovrà cedere il passo a nuove leggi della natura non ancora scoperte. In quest’ottica, il progetto EFTGrav, finanziato dal CER, si propone di impiegare la teoria dei campi efficaci per modellare le modalità attraverso cui le modifiche alla teoria della relatività generale possano alterare i segnali dei buchi neri, dall’inspirazione al ringdown delle fusioni binarie. Analizzando i modi quasinormali, gli effetti mareali e i buchi neri rotanti, il progetto genererà forme d’onda precise per gli osservatori di prossima generazione, consentendo lo svolgimento di ricerche sperimentali della nuova fisica.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2025-STG

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Istituzione ospitante

UNIVERSIDAD DE MURCIA
Contributo netto dell'UE
€ 1 501 250,00
Indirizzo
AVENIDA TENIENTE FLOMESTA S/N - EDIFICIO CONVALECENCIA
30003 Murcia
Spagna
Regione
Sur Región de Murcia Murcia
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 501 250,00

Beneficiari (1)