| Abstract | The Universe contains approximately 5% of visible matter, 23% of dark matter and 68% of energy in a form of cosmological constant or some other form of dark energy. Amongst these ingredients there are many other physical observables such as gravitational waves. While astrophysical gravitational waves were detected in 2015, primordial gravitational waves, generated in many theoretical models of the early universe, still await observational confirmation. Our goal is to formulate a method that is capable of distinguishing astrophysical from primordial wave signals. To achieve this, we use the biased tracer formalism, valid on large cosmological scales. Using the online tool CAMB, we produce the matter power spectrum and, using this result, construct the gravitational-wave power spectra as a linear biased tracer. We generate spectra for different Hubble constant and bias parameter values, showing the difference in the amplitude and scale dependence of the spectra. Our results thus show how gravitational-wave background signals can be used as complementary cosmological probes in the data from future gravitational-wave space detectors like LISA and others. |
| Abstract (croatian) | Svemir kakvog poznajemo, star je otprilike 13.7 milijardi godina, a prosječne je temperature od 2.73 K. Sastav današnjeg svemira čini otprilike 5% vidljive materije, 23% tamne materije i 68% energije u obliku kozmološke konstante ili nekog drugog oblika tamne energije. Postoje razni kozmološki modeli i modeli čestične fizike koji pokušavaju objasniti parametre koje mjerimo postojećim detektorima na Zemlji i u svemiru. Za opaženu strukturu smatra se da je posljedica malih početnih perturbacija koje je zatim inflacija, odnosno naglo širenje svemira, prenijela. Trenutna teorija bazira se na tome da se svemir širi i dalje, što se pripisuje tamnoj energiji. Uz barionsku i tamnu materiju te tamnu energiju, postoje još mnoge fizikalne opservable u svemiru, a jedna od njih su gravitacijski valovi. Gravitacijski valovi su pojam koji neizostavno vežemo uz kozmologiju, a čije je postojanje potvrđeno tek 2015. godine. Uz detektirane astrofizikalne gravitacijske valove, pretpostavljeno je postojanje primordijalnih gravitacijskih valova koji su nastali u razdoblju ranog svemira. U ovom radu, cilj je razviti mehanizam kojim ćemo, pomoću poznate teorije i podataka, moći razlikovati astrofizikalne od primordijalnih valova te time utvrditi njihovo do sada teoretizirano postojanje. Prvo uvodimo pregled standardnog kozmološkog Lambda-CDM modela, a zatim podjelu izvora gravitacijskih valova na astrofizikalne i promordijalne. Slijedi matematički formalizam za opis gravitacijskih valova. U poglavlju 3 uvodimo metodu pristranih (eng. biased) galaktičkih tragača koja se koristi u teoriji formiranja velikih struktura, a koju želimo primijeniti na gravitacijske valove. Uzimamo u obzir samo linearni dio perturbacijske teorije. Sama primjena je u sljedećem poglavlju te dobivamo spektar snage gravitacijskih valova u odnosu na spektar snage tamne materije. Na ovaj način, tretirajući gravitacijske valove kao skalare, dobijemo distribuciju tamne materije na velikim skalama. Simuliran je graf spektra snage materije, pomoću internetskog alata CAMB, a koristeći taj rezultat konstruiramo spektar snage gravitacijskih valova kao linearnog tragača pristranosti (eng. bias). Generiramo spektar za različite vrijednosti Hubbleove konstante i parametra pristranosti (eng. bias), pokazujući različitosti amplituda i ovisnosti o skali. Naši rezultati se stoga mogu koristiti kao komplementarne kozmološke probe u podacima za buduće svemirske detektore gravitacijskih valova poput LISA-e i drugih |
| Study programme | Title: Physics; specializations in: major in teaching, major in Astrophysics, major in Biophysics, major in Enviromental physics, major in Computational physics, major in Astrophysics and physics of elemental particles
Course: major in Astrophysics and physics of elemental particles
Study programme type: university
Study level: graduate
Academic / professional title: magistar/magistra fizike (magistar/magistra fizike) |
