The Influence of Higher-Order Modes on Gravitational Waveforms and Parameter Estimation Bias for Intermediate-Mass Black Hole Mergers

Abstract

Gravitationswellen, als Raumzeitkräuselungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, haben unser Verständnis astrophysikalischer Phänomene revolutioniert. IMBHs (Intermediate-Mass Black Holes) schlagen eine Brücke zwischen stellaren und supermassiven Schwarzen Löchern und bieten einzigartige Einblicke in die Astrophysik und Kosmologie. Diese Arbeit konzentriert sich darauf, unser Verständnis von Gravitationswellen aus IMBH-Systemen zu vertiefen, insbesondere durch die Untersuchung höherer Ordnungen (higher-order modes) und der Verzerrungen in der Parameterabschätzung.Diese Arbeit analysiert höhere Ordnungen in Gravitationswellenformen, identifiziert Muster und quantifiziert deren relative Stärke. Zudem wird untersucht, wie Wellenform-Approximationen in der Bayesschen Parameterabschätzung Verzerrungen einführen, die die Charakterisierung von Quellen und Populationsstudien beeinflussen können.Diese Ergebnisse unterstreichen die Rolle höherer Ordnungsmoden bei Systemen mit IMBH, die hohe Massenverhältnisse und bestimmte Neigungen aufweisen. Sie weisen auf die Notwendigkeit hin, Wellenformmodelle sorgfältig auszuwählen, um systematische Fehler zu vermeiden.

Gravitational waves, ripples in spacetime predicted by General Relativity, have transformed our understanding of astrophysical phenomena. IMBHs bridge the gap between stellar black holes and super massive black holes, offering unique insights into astrophysics and cosmology. This thesis focuses on advancing our understanding of gravitational waves from IMBH systems, particularly through the study of higher-order modes and parameter estimation biases.This work analyses higher-order modes in gravitational waveforms, identifying patterns and quantifying their relative power. It also evaluates how waveform approximants in Bayesian parameter estimation introduce biases, affecting source characterization and population studies.These findings highlight the role of higher order modes from Intermediate Mass Black Holes (IMBH) systems with high mass ratios and specific inclinations. It draws attention to the need to carefully choose waveform models in order to avoid systematic biases.