Ever more accurate effective-one-body waveforms for gravitational-wave astrophysics

Diese Dissertation konzentriert sich auf die Entwicklung akkurater und effizienter Modelle für die Gravitationsstrahlung, die von verschmelzenden binären Schwarzen Löchern emittiert wird -- mit besonderem Fokus auf die Konstruktion, die Kalibrierung und die Anwendung von sogenannten ``effective-one-body'' Wellenformmodellen. Im Zentrum der Arbeit stehen die Entwicklung des SEOBNRv5HM-Wellenformmodells sowie des Open-Source-Frameworks pySEOBNR, das die Entwicklung, Kalibrierung und Validierung der nächsten Generation von effective-one-body Modellen unterstützt. Das Modell zeichnet sich auch durch eine deutlich gesteigerte Präzision und Recheneffizienz aus. Parallel dazu integrieren wir post-Minkowskische Resultate in den effective-one-body Formalismus, um die konservative Dynamik gebundener Systeme mittels Ergebnissen der Streutheorie zu verbessern. Dies kulminiert in dem SEOBNR-PM-Modell. Die entwickelten Modelle werden zur Bestimmung der Eigenschaften von binären schwarzen Löchern eingesetzt, wobei sowohl synthetische als auch reale Gravitationswellendaten studiert werden. Um Unsicherheiten durch die Kalibrierung zu numerischer Relativität zu berücksichtigen, führen wir eine neue probabilistische Methode ein, bei der über Wellenformunsicherheiten marginalisiert wird und so die Robustheit der Parameterbestimmung verbessert wird. Abschließend erweitern wir die SEOBNRv5-Modelle, um potenzielle Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie zu untersuchen. Theorie-spezifisch konstruieren wir Inspiral-Merger-Ringdown-Wellenformen in der Einstein-scalar-Gauss-Bonnet-Gravitation. Theorie-agnostisch erweitern wir das parametrisierte pSEOBNR-Framework auf präzessierende Binärsysteme, mit Fokus auf die Spektroskopie Schwarzer Löcher, bei der die Quasinormalmoden eines neu entstandenen schwarzen Lochs studiert werden.