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Tipo: Tese
Título: Caracterização não-extensiva de ondas gravitacionais: o formalismo do q-tripleto de Tsallis
Autor(es): Silva, Cleo Vieira da
Orientador: Freitas, Daniel Brito de
Coorientador: Nepomuceno, Mackson Matheus França
Palavras-chave em português: Ondas gravitacionais;Mecânica estatística não-extensiva de Tsallis;q-tripleto;Análise de séries temporais
Palavras-chave em inglês: Gravitational waves;Tsallis non-extensive statistical mechanics;q-triplet;Time series analysis
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Data do documento: 2025
Citação: SILVA, Cleo Vieira da. Caracterização não-extensiva de ondas gravitacionais: o formalismo do q-tripleto de Tsallis. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A existência das ondas gravitacionais foi prevista por Einstein em 1916 como perturbações na curvatura do espaço-tempo causadas por massas aceleradas. Um século depois, sua detecção direta pelo LIGO inaugurou uma nova era na astrofísica observacional. Entretanto, a complexidade e a natureza fora do equilíbrio desses sinais desafiam os modelos estatísticos baseados na entropia de Boltzmann-Gibbs. Neste contexto, esta tese propõe a aplicação do formalismo da estatística não-extensiva de Tsallis como ferramenta para descrever e interpretar, em múltiplas escalas, os sinais das ondas gravitacionais. Investigar, via estatística não-extensiva de Tsallis, a estrutura multiescala dos sinais de ondas gravitacionais oriundos de sistemas binários em coalescência, relacionando os expoentes do q-tripleto (qstat, qsen, qrel) com os parâmetros físicos das OGs. A metodologia baseou-se na análise de séries temporais públicas dos detectores Hanford e Livingston, submetidos a filtragem, segmentação e normalização. Os expoentes do q-tripleto foram obtidos por: (i) ajuste de distribuições q-gaussianas (qstat); (ii) análise multifractal (MF-DFA) para (qsen); e (iii) cálculo da informação mútua média (AMI) para (qre). Realizaram-se análises de correlação (Pearson e Spearman) e regressões lineares entre os índices q e as variáveis físicas do sistema binário. Para o evento GW150914, os valores obtidos para o q-tripleto indicaram forte não extensividade: {1,46; 0,02; 2,28}H e {1,43; 0,25; 2,26}L. Na análise de múltiplos eventos, (qsen) apresentou forte correlação com a frequência de pico (R2 = 0,78) no ajuste linear, enquanto (qrel) exibiu correlação moderada com a chirp mass (R2 = 0,26). Por outro lado, (qstat) não apresentou correlação significativa, indicando possível influência de fatores estocásticos. A aplicação da estatística não extensiva de Tsallis revelou-se eficaz na caracterização da complexidade em múltiplas escalas e do comportamento fora do equilíbrio dos sinais de ondas gravitacionais. A utilização do q-tripleto demonstrou-se uma abordagem promissora para identificar regimes dinâmicos distintos durante o processo de coalescência de buracos negros, contribuindo com novas perspectivas metodológicas para a astrofísica de sistemas extremos.
Abstract: The existence of gravitational waves was predicted by Einstein in 1916 as perturbations in the curvature of spacetime generated by accelerated masses. A century later, their direct detection by the LIGO interferometers inaugurated a new era in observational astrophysics. However, the complexity and inherently out-of-equilibrium nature of these signals challenge traditional statistical models based on Boltzmann–Gibbs entropy. In this context, this thesis proposes the application of Tsallis non-extensive statistical mechanics as a framework to describe and interpret gravitational-wave signals across multiple scales. This study investigates, through Tsallis non-extensive statistics, the multiscale structure of gravitational-wave signals originating from coalescing binary systems, relating the exponents of the q-triplet (qstat, qsen, qrel) to the physical parameters of the gravitational waves. The methodology is based on the analysis of publicly available time series from the Hanford and Livingston detectors, which were subjected to filtering, segmentation, and normalization procedures. The q-triplet exponents were obtained by: (i) fitting q-Gaussian distributions (qstat ); (ii) multifractal detrended fluctuation analysis (MF-DFA) to estimate qsen; and (iii) computation of average mutual information (AMI) to determine qrel. Pearson and Spearman correlation analyses, as well as linear regressions, were performed between the q-indices and the physical variables of the binary systems. For the GW150914 event, the estimated q-triplet values indicated strong non-extensivity: {1.46; 0.02; 2.28}H for Hanford and {1.43; 0.25; 2.26}L for Livingston. In the multi-event analysis, qsen exhibited a strong correlation with the peak frequency (R2=0.78) under linear fitting, while qrel showed a moderate correlation with the chirp mass (R2=0.26). In contrast, qstat did not present statistically significant correlations, suggesting the influence of stochastic factors. The application of Tsallis non-extensive statistics proved effective in characterizing the multiscale complexity and out-of-equilibrium behavior of gravitational-wave signals. The use of the q-triplet emerges as a promising approach for identifying distinct dynamical regimes during black hole coalescence processes, contributing new methodological perspectives to the astrophysics of extreme systems.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84400
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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