Black holes, gravitational waves and fundamental physics: a roadmap
Leor Barack
,
Vitor Cardoso
,
Samaya Nissanke
,
Thomas P. Sotiriou
,
Abbas Askar
,
Chris Belczynski
,
Gianfranco Bertone
,
Edi Bon
,
Diego Blas
,
Richard Brito
,
Tomasz Bulik
,
Clare Burrage
,
Christian T. Byrnes
,
Chiara Caprini
(1)
,
Masha Chernyakova
,
Piotr Chruściel
(2)
,
Monica Colpi
,
Valeria Ferrari
,
Daniele Gaggero
,
Jonathan Gair
,
Juan García-Bellido
,
S.F. Hassan
,
Lavinia Heisenberg
,
Martin Hendry
,
Ik Siong Heng
,
Carlos Herdeiro
,
Tanja Hinderer
,
Assaf Horesh
,
Bradley J. Kavanagh
,
Bence Kocsis
,
Michael Kramer
,
Alexandre Le Tiec
(3)
,
Chiara Mingarelli
,
Germano Nardini
,
Gijs Nelemans
,
Carlos Palenzuela
,
Paolo Pani
,
Albino Perego
,
Edward K. Porter
(1)
,
Elena M. Rossi
,
Patricia Schmidt
,
Alberto Sesana
,
Ulrich Sperhake
,
Antonio Stamerra
,
Nicola Tamanini
,
Thomas M. Tauris
,
L. Arturo Urena-López
,
Frederic Vincent
(4)
,
Marta Volonteri
(5)
,
Barry Wardell
,
Norbert Wex
,
Kent Yagi
,
Tiziano Abdelsalhin
,
Miguel Ángel Aloy
,
Pau Amaro-Seoane
,
Lorenzo Annulli
,
Manuel Arca-Sedda
,
Ibrahima Bah
,
Enrico Barausse
(5)
,
Elvis Barakovic
,
Robert Benkel
,
Charles L. Bennett
,
Laura Bernard
,
Sebastiano Bernuzzi
,
Christopher P.L. Berry
,
Emanuele Berti
,
Miguel Bezares
,
Jose Juan Blanco-Pillado
,
Jose Luis Blázquez-Salcedo
,
Matteo Bonetti
,
Mateja Bošković
,
Zeljka Bosnjak
,
Katja Bricman
,
Bernd Brüegmann
,
Pedro R. Capelo
,
Sante Carloni
,
Pablo Cerdá-Durán
,
Christos Charmousis
(6)
,
Sylvain Chaty
(7)
,
Aurora Clerici
,
Andrew Coates
,
Marta Colleoni
,
Lucas G. Collodel
,
Geoffrey Compère
,
William Cook
,
Isabel Cordero-Carrión
,
Miguel Correia
,
Alvaro de La Cruz-Dombriz
,
Viktor G. Czinner
,
Kyriakos Destounis
,
Kostas Dialektopoulos
,
Daniela Doneva
,
Massimo Dotti
,
Amelia Drew
,
Christopher Eckner
,
James Edholm
,
Roberto Emparan
,
Recai Erdem
,
Miguel Ferreira
,
Pedro G. Ferreira
,
Andrew Finch
,
Jose A. Font
,
Nicola Franchini
,
Kwinten Fransen
,
Dmitry Gal'Tsov
,
Apratim Ganguly
,
Davide Gerosa
,
Kostas Glampedakis
,
Andreja Gomboc
,
Ariel Goobar
,
Leonardo Gualtieri
,
Eduardo Guendelman
,
Francesco Haardt
,
Troels Harmark
,
Filip Hejda
,
Thomas Hertog
,
Seth Hopper
,
Sascha Husa
,
Nada Ihanec
,
Taishi Ikeda
,
Amruta Jaodand
,
Philippe Jetzer
,
Xisco Jimenez-Forteza
,
Marc Kamionkowski
,
David E. Kaplan
,
Stelios Kazantzidis
,
Masashi Kimura
,
Shio Kobayashi
,
Kostas Kokkotas
,
Julian Krolik
,
Jutta Kunz
,
Claus Lämmerzahl
,
Paul Lasky
,
José P.S. Lemos
,
Jackson Levi Said
,
Stefano Liberati
,
Jorge Lopes
,
Raimon Luna
,
Yin-Zhe Ma
,
Elisa Maggio
,
Marina Martinez Montero
,
Andrea Maselli
,
Lucio Mayer
,
Anupam Mazumdar
,
Christopher Messenger
,
Brice Ménard
,
Masato Minamitsuji
,
Christopher J. Moore
,
David Mota
,
Sourabh Nampalliwar
,
Andrea Nerozzi
,
David Nichols
,
Emil Nissimov
,
Martin Obergaulinger
,
Niels A.J. Obers
,
Roberto Oliveri
,
George Pappas
,
Vedad Pasic
,
Hiranya Peiris
,
Tanja Petrushevska
,
Denis Pollney
,
Geraint Pratten
,
Nemanja Rakic
,
Istvan Racz
,
Fethi M. Ramazanoğlu
,
Antoni Ramos-Buades
,
Guilherme Raposo
,
Marek Rogatko
,
Dorota Rosinska
,
Stephan Rosswog
,
Ester Ruiz Morales
,
Mairi Sakellariadou
,
Nicolás Sanchis-Gual
,
Om Sharan Salafia
,
Alicia Sintes
,
Majda Smole
,
Carlos Sopuerta
,
Rafael Souza-Lima
,
Marko Stalevski
,
Leo C. Stein
,
Nikolaos Stergioulas
,
Chris Stevens
,
Tomas Tamfal
,
Alejandro Torres-Forné
,
Sergey Tsygankov
,
Ki Vançi̇. Ünlütürk
,
Rosa Valiante
,
José Velhinho
,
Yosef Verbin
,
Bert Vercnocke
,
Daniele Vernieri
,
Rodrigo Vicente
,
Vincenzo Vitagliano
,
Amanda Weltman
,
Bernard Whiting
,
Andrew Williamson
,
Helvi Witek
,
Aneta Wojnar
,
Kadri Yakut
,
Haopeng Yan
,
Stoycho Yazadjiev
,
Gabrijela Zaharijas
,
Miguel Zilhão
1
APC (UMR_7164) -
AstroParticule et Cosmologie
2 IHES - Institut des Hautes Études Scientifiques
3 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
4 LESIA (UMR_8109) - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
5 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris
6 LPT - Laboratoire de Physique Théorique d'Orsay [Orsay]
7 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
2 IHES - Institut des Hautes Études Scientifiques
3 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
4 LESIA (UMR_8109) - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
5 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris
6 LPT - Laboratoire de Physique Théorique d'Orsay [Orsay]
7 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
Leor Barack
- Fonction : Auteur
Vitor Cardoso
- Fonction : Auteur
- PersonId : 776579
- ORCID : 0000-0003-0553-0433
Samaya Nissanke
- Fonction : Auteur
Thomas P. Sotiriou
- Fonction : Auteur
Abbas Askar
- Fonction : Auteur
- PersonId : 792104
- ORCID : 0000-0001-9688-3458
Chris Belczynski
- Fonction : Auteur
Gianfranco Bertone
- Fonction : Auteur
Edi Bon
- Fonction : Auteur
Diego Blas
- Fonction : Auteur
Richard Brito
- Fonction : Auteur
Tomasz Bulik
- Fonction : Auteur
Clare Burrage
- Fonction : Auteur
Christian T. Byrnes
- Fonction : Auteur
Masha Chernyakova
- Fonction : Auteur
Monica Colpi
- Fonction : Auteur
Valeria Ferrari
- Fonction : Auteur
Daniele Gaggero
- Fonction : Auteur
Jonathan Gair
- Fonction : Auteur
- PersonId : 766328
- ORCID : 0000-0002-1671-3668
Juan García-Bellido
- Fonction : Auteur
S.F. Hassan
- Fonction : Auteur
Lavinia Heisenberg
- Fonction : Auteur
Martin Hendry
- Fonction : Auteur
Ik Siong Heng
- Fonction : Auteur
Carlos Herdeiro
- Fonction : Auteur
Tanja Hinderer
- Fonction : Auteur
Assaf Horesh
- Fonction : Auteur
Bradley J. Kavanagh
- Fonction : Auteur
Bence Kocsis
- Fonction : Auteur
Michael Kramer
- Fonction : Auteur
Chiara Mingarelli
- Fonction : Auteur
Germano Nardini
- Fonction : Auteur
Gijs Nelemans
- Fonction : Auteur
Carlos Palenzuela
- Fonction : Auteur
Paolo Pani
- Fonction : Auteur
Albino Perego
- Fonction : Auteur
Elena M. Rossi
- Fonction : Auteur
Patricia Schmidt
- Fonction : Auteur
Alberto Sesana
- Fonction : Auteur
Ulrich Sperhake
- Fonction : Auteur
Antonio Stamerra
- Fonction : Auteur
Nicola Tamanini
- Fonction : Auteur
- PersonId : 750121
- IdHAL : nicola-tamanini
- ORCID : 0000-0001-8760-5421
Thomas M. Tauris
- Fonction : Auteur
L. Arturo Urena-López
- Fonction : Auteur
Marta Volonteri
- Fonction : Auteur
- PersonId : 766152
- ORCID : 0000-0002-3216-1322
- IdRef : 179981374
Barry Wardell
- Fonction : Auteur
Norbert Wex
- Fonction : Auteur
Kent Yagi
- Fonction : Auteur
Tiziano Abdelsalhin
- Fonction : Auteur
Miguel Ángel Aloy
- Fonction : Auteur
Pau Amaro-Seoane
- Fonction : Auteur
Lorenzo Annulli
- Fonction : Auteur
Manuel Arca-Sedda
- Fonction : Auteur
Ibrahima Bah
- Fonction : Auteur
Elvis Barakovic
- Fonction : Auteur
Robert Benkel
- Fonction : Auteur
Charles L. Bennett
- Fonction : Auteur
Laura Bernard
- Fonction : Auteur
- PersonId : 776322
- ORCID : 0000-0002-3858-5783
Sebastiano Bernuzzi
- Fonction : Auteur
Christopher P.L. Berry
- Fonction : Auteur
Emanuele Berti
- Fonction : Auteur
Miguel Bezares
- Fonction : Auteur
Jose Juan Blanco-Pillado
- Fonction : Auteur
Jose Luis Blázquez-Salcedo
- Fonction : Auteur
Matteo Bonetti
- Fonction : Auteur
Mateja Bošković
- Fonction : Auteur
Zeljka Bosnjak
- Fonction : Auteur
Katja Bricman
- Fonction : Auteur
Bernd Brüegmann
- Fonction : Auteur
Pedro R. Capelo
- Fonction : Auteur
Sante Carloni
- Fonction : Auteur
Pablo Cerdá-Durán
- Fonction : Auteur
- PersonId : 785436
- ORCID : 0000-0003-4293-340X
Sylvain Chaty
- Fonction : Auteur
- PersonId : 828874
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- IdRef : 035347910
Aurora Clerici
- Fonction : Auteur
Andrew Coates
- Fonction : Auteur
- PersonId : 792105
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Marta Colleoni
- Fonction : Auteur
Lucas G. Collodel
- Fonction : Auteur
Geoffrey Compère
- Fonction : Auteur
William Cook
- Fonction : Auteur
Isabel Cordero-Carrión
- Fonction : Auteur
Miguel Correia
- Fonction : Auteur
Alvaro de La Cruz-Dombriz
- Fonction : Auteur
Viktor G. Czinner
- Fonction : Auteur
Kyriakos Destounis
- Fonction : Auteur
Kostas Dialektopoulos
- Fonction : Auteur
Daniela Doneva
- Fonction : Auteur
Massimo Dotti
- Fonction : Auteur
Amelia Drew
- Fonction : Auteur
Christopher Eckner
- Fonction : Auteur
James Edholm
- Fonction : Auteur
Roberto Emparan
- Fonction : Auteur
Recai Erdem
- Fonction : Auteur
Miguel Ferreira
- Fonction : Auteur
Pedro G. Ferreira
- Fonction : Auteur
Andrew Finch
- Fonction : Auteur
Jose A. Font
- Fonction : Auteur
Nicola Franchini
- Fonction : Auteur
Kwinten Fransen
- Fonction : Auteur
Dmitry Gal'Tsov
- Fonction : Auteur
Apratim Ganguly
- Fonction : Auteur
Davide Gerosa
- Fonction : Auteur
Kostas Glampedakis
- Fonction : Auteur
Andreja Gomboc
- Fonction : Auteur
Ariel Goobar
- Fonction : Auteur
Leonardo Gualtieri
- Fonction : Auteur
Eduardo Guendelman
- Fonction : Auteur
Francesco Haardt
- Fonction : Auteur
Troels Harmark
- Fonction : Auteur
Filip Hejda
- Fonction : Auteur
Thomas Hertog
- Fonction : Auteur
Seth Hopper
- Fonction : Auteur
Sascha Husa
- Fonction : Auteur
Nada Ihanec
- Fonction : Auteur
Taishi Ikeda
- Fonction : Auteur
Amruta Jaodand
- Fonction : Auteur
Philippe Jetzer
- Fonction : Auteur
Xisco Jimenez-Forteza
- Fonction : Auteur
Marc Kamionkowski
- Fonction : Auteur
David E. Kaplan
- Fonction : Auteur
Stelios Kazantzidis
- Fonction : Auteur
Masashi Kimura
- Fonction : Auteur
Shio Kobayashi
- Fonction : Auteur
Kostas Kokkotas
- Fonction : Auteur
Julian Krolik
- Fonction : Auteur
Jutta Kunz
- Fonction : Auteur
Claus Lämmerzahl
- Fonction : Auteur
Paul Lasky
- Fonction : Auteur
José P.S. Lemos
- Fonction : Auteur
Jackson Levi Said
- Fonction : Auteur
Stefano Liberati
- Fonction : Auteur
Jorge Lopes
- Fonction : Auteur
Raimon Luna
- Fonction : Auteur
Yin-Zhe Ma
- Fonction : Auteur
- PersonId : 792106
- ORCID : 0000-0001-8108-0986
Elisa Maggio
- Fonction : Auteur
Marina Martinez Montero
- Fonction : Auteur
Andrea Maselli
- Fonction : Auteur
Lucio Mayer
- Fonction : Auteur
Anupam Mazumdar
- Fonction : Auteur
Christopher Messenger
- Fonction : Auteur
Brice Ménard
- Fonction : Auteur
Masato Minamitsuji
- Fonction : Auteur
Christopher J. Moore
- Fonction : Auteur
David Mota
- Fonction : Auteur
Sourabh Nampalliwar
- Fonction : Auteur
Andrea Nerozzi
- Fonction : Auteur
David Nichols
- Fonction : Auteur
Emil Nissimov
- Fonction : Auteur
Martin Obergaulinger
- Fonction : Auteur
Niels A.J. Obers
- Fonction : Auteur
Roberto Oliveri
- Fonction : Auteur
George Pappas
- Fonction : Auteur
Vedad Pasic
- Fonction : Auteur
Hiranya Peiris
- Fonction : Auteur
Tanja Petrushevska
- Fonction : Auteur
Denis Pollney
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Geraint Pratten
- Fonction : Auteur
Nemanja Rakic
- Fonction : Auteur
Istvan Racz
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Fethi M. Ramazanoğlu
- Fonction : Auteur
Antoni Ramos-Buades
- Fonction : Auteur
Guilherme Raposo
- Fonction : Auteur
Marek Rogatko
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Dorota Rosinska
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Stephan Rosswog
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Ester Ruiz Morales
- Fonction : Auteur
Mairi Sakellariadou
- Fonction : Auteur
Nicolás Sanchis-Gual
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Om Sharan Salafia
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Alicia Sintes
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Majda Smole
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Carlos Sopuerta
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Rafael Souza-Lima
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Marko Stalevski
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Leo C. Stein
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Nikolaos Stergioulas
- Fonction : Auteur
Chris Stevens
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Tomas Tamfal
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Alejandro Torres-Forné
- Fonction : Auteur
Sergey Tsygankov
- Fonction : Auteur
Ki Vançi̇. Ünlütürk
- Fonction : Auteur
Rosa Valiante
- Fonction : Auteur
José Velhinho
- Fonction : Auteur
Yosef Verbin
- Fonction : Auteur
Bert Vercnocke
- Fonction : Auteur
Daniele Vernieri
- Fonction : Auteur
Rodrigo Vicente
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Vincenzo Vitagliano
- Fonction : Auteur
Amanda Weltman
- Fonction : Auteur
Bernard Whiting
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Andrew Williamson
- Fonction : Auteur
Helvi Witek
- Fonction : Auteur
Aneta Wojnar
- Fonction : Auteur
Kadri Yakut
- Fonction : Auteur
Haopeng Yan
- Fonction : Auteur
Stoycho Yazadjiev
- Fonction : Auteur
Gabrijela Zaharijas
- Fonction : Auteur
Miguel Zilhão
- Fonction : Auteur
Résumé
The grand challenges of contemporary fundamental physics—dark matter, dark energy, vacuum energy, inflation and early universe cosmology, singularities and the hierarchy problem—all involve gravity as a key component. And of all gravitational phenomena, black holes stand out in their elegant simplicity, while harbouring some of the most remarkable predictions of General Relativity: event horizons, singularities and ergoregions. The hitherto invisible landscape of the gravitational Universe is being unveiled before our eyes: the historical direct detection of gravitational waves by the LIGO-Virgo collaboration marks the dawn of a new era of scientific exploration. Gravitational-wave astronomy will allow us to test models of black hole formation, growth and evolution, as well as models of gravitational-wave generation and propagation. It will provide evidence for event horizons and ergoregions, test the theory of General Relativity itself, and may reveal the existence of new fundamental fields. The synthesis of these results has the potential to radically reshape our understanding of the cosmos and of the laws of Nature. The purpose of this work is to present a concise, yet comprehensive overview of the state of the art in the relevant fields of research, summarize important open problems, and lay out a roadmap for future progress. This write-up is an initiative taken within the framework of the European Action on ‘Black holes, Gravitational waves and Fundamental Physics’.
Mots clés
gravitational waves
gravitational-wave astronomy
source modelling
black holes
fundamental physics
birth and evolution of black holes
gravitational radiation
gravitational radiation: direct detection
black hole: formation
black hole: model
vacuum state: energy
gravitation
general relativity
singularity
horizon
cosmological model
dark energy
inflation
gravitational waves