Astrophysics with the Laser Interferometer Space Antenna
2 ICE-CSIC - Institut de Ciencies de l'Espai [Barcelona]
3 Department of Physics, Columbia University
4 Department of Physics and Astronomy [Nashville]
5 Fisk University
6 LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
7 Observatoire de la Côte d'Azur
8 L2IT - Laboratoire des deux Infinis de Toulouse
9 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris
10 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
11 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
12 LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
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Résumé
Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will be a transformative experiment for gravitational wave astronomy as it will offer unique opportunities to address many key astrophysical questions in a completely novel way. The synergy with ground-based and other space-based instruments in the electromagnetic domain, by enabling multi-messenger observations, will add further to the discovery potential of LISA. The next decade is crucial to prepare the astrophysical community for LISA's first observations. This review outlines the extensive landscape of astrophysical theory, numerical simulations, and astronomical observations that are instrumental for modeling and interpreting the upcoming LISA datastream. To this aim, the current knowledge in three main source classes for LISA is reviewed: ultra-compact stellar-mass binaries, massive black hole binaries, and extreme or intermediate mass ratio inspirals. The relevant astrophysical processes and the established modeling techniques are summarized. Likewise, open issues and gaps in our understanding of these sources are highlighted, along with an indication of how LISA could help make progress in the different areas. New research avenues that LISA itself, or its joint exploitation with studies in the electromagnetic domain, will enable, are also illustrated. Improvements in modeling and analysis approaches, such as the combination of numerical simulations and modern data science techniques, are discussed. This review is intended to be a starting point for using LISA as a new discovery tool for understanding our Universe.
Domaines
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