Radiation reaction for spinning bodies in the effective field theory approach

Abstract

Nesta tese, nós investigamos os efeitos de reação de radiação devido ao spin na dinâmica de um sistema binário de corpos compactos usando uma abordagem de teoria efetiva de campos. Focamos no estágio de espiral da evolução do sistema binário que, por sua vez, provê uma hierarquia de escalas propícia à implementação de uma abordagem perturbativa, tal como a expansão pós-newtoniana. Fazemos uso de um formalismo próprio para investigar efeitos dissipativos. Provemos uma extensão desse formalismo para incluir graus de liberdade de spin. Com isso, em uma abordagem de teoria efetiva de campos, calculamos as acelerações de reação de radiação devido a efeitos de spin-órbita e spin-spin, em primeira ordem. Apresentamos, pela primeira vez, a contribuição de spin na reação de radiação devido ao tamanho finito dos corpos compactos. Também investigamos como os spins de tais corpos são afetados pela reação de radiação, na ordem pós-newtoniana de interesse. Por fim, realizamos um teste de consistência - relacionando a potência total radiada com a perda de energia induzida pelas forças dissipativas - assegurando, assim, a validade dos nossos resultados.

In this thesis, we investigate the radiation reaction effects due to spin on the dynamics of binary compact bodies, using an effective field theory framework. We focus on the inspiral phase of the binary’s evolution, which provides a hierarchy of scales that invites us to implement a perturbative approach such as the Post-Newtonian expansion. We use a formalism suitable to incorporate dissipative effects, providing an extension to include spin degrees of freedom. We use this extension of the effective field theory framework to compute the radiation reaction accelerations due to spin-orbit and spin-spin effects at leading order. We present, for the first time, the spin contribution to radiation reaction due to finite size effects. We also investigate how the spin evolution of the compact bodies is affected by the radiation reaction, at the order of interest. Finally, we perform a consistency test - relating the total radiated power to energy loss induced by the non-conservative forces - ensuring the validity of our results.