Manuel Pichardo Marcano (UNAM-IA)
Anjali Yelikar (Vanderbilt University)
Karan Jani (Vanderbilt University)
Massive Double White Dwarf Binary Mergers from the Moon: Extending the Reach of Multi-messenger Astrophysics
See also recent work by Benetti et al. (2025)
Massive Double White Dwarf Binary Mergers from the Moon Recent Papers
arXiv:2508.11631
Remanentes Estelares
Estrellas Muertas
Enana Blanca
Enana Blanca
sol
sol
Tierra
White Dwarfs
Caltech/NASA
Caiazzo+2021
0.3 to < 1.25 M⊙
< 1.08 to 1.4 M⊙
Type Ia SN
Accretion-induced collapse (AIC)
- Degenerate Objects:
- Maximum Mass = 1.4 M⊙
- Type Ia SN progenitors
- Neutron Stars Progenitors
~2000 km
1.33 M☉ - 1.37 M☉
Williamina Fleming:
Descubridora de las enanas blancas
"White Dwarf" -coined by Willem Luyten in 1922
Enanas Blancas
Sirius
Sirius A y Sirius B
NASA, ESA, H. Bond (STScI), and M. Barstow (University of Leicester).
Sirius A
Estrella "Normal"
Sirius B
Enana Blanca
- A 8.6 años luz
- 2.6 parsec
- First predicted by Bessel in 1842 and first seen visually in by Alvan Clark 1862. (Bond 1862)
Sirius A y Sirius B
- Período Orbital (Porb) de 50 años
-
Frequencia Orbital (1/Porb)
- 1/50 años = 10-10 Hz
Separación 300 millones de km
El Sol a Urano (20 UA)
Binarias de enanas blancas
Variable Cataclísmica (CVs)
Mark A. Garlick
Enana Blanca
Estrella 'normal'
- Período Orbital (Porb) desde 80 min-10 horas
-
Freq. Orbital (1/Porb)
- 1/10 hr = 10-5Hz
- 1/80 min = 0.2 mHz
Separación de 3 R☉
2 millones de km
- CVs are a key population of gravitational wave sources for LISA
Scaringi et al. (2023)
Binarias de enanas blancas
AM CVn
caltech
Enana Blanca
- Período Orbital (Porb) de 5 - 60 min
-
Freq. Orbital (1/Porb)
- 1/5 min = 3 mHz
- 1/60 min = 0.3 mHz
Separación de 0.4 R☉
0.72 × mean Moon-Earth distance (108 m)
Enana Blanca
LISA verification binaries
(e.g Kupfer et al. 24)
Binarias de Enanas Blancas
NASA
Separación de Miles de Km
- Período Orbital (Porb) de Segundos
-
Freq. Orbital (1/Porb)
- 1/2 sec = 0.5 Hz
Merging Double WD Binaries
Caltech/NASA
- Gravitational Wave Sources
- Multi-messenger sources
- Porb
- ~15 seconds to merge
- fgrav = 2 x forb
- ~0.1 Hz to 1 Hz
Type Ia Supernova
- Chandrasekhar Mass (Mch = 1.4M⊙)
- Double-degenerate vs Single degenerate channel
- Cosmological standard candles
- Hubble Tension
- Measure H0 à la LIGO in '17 (arXiv:1710.05835)
- Heavy-element factories
Caltech/NASA
Accretion-induced Collapse
- Formation of Neutron Stars (e.g. Nomoto et al. 1979)
- Important in GCs (Grindlay et al. 1988)
- Predicted EM:
- Gamma Rays (e.g. Dar et al. 1992)
- Radio (e.g. Piro et al. 2013)
- Optical (e.g. Sousa et al. 2023, Metzger et al. 2009)
NASA, ESA, and J. Anderson (STScI)
WD
NS
Ondas Gravitacionales:
Fluctuaciones en el espacio-tiempo
NASA
Ondas Gravitacionales
Primera Detección Directa
LIGO
Ondas Gravitacionales
Espejo
Espejo
Divisor de haz
Laser
Patrón de interferencia
Ondas Gravitacionales
Ondas Gravitacionales
Colisión de Agujeros Negros
Separación de cientos de Km
Tamaño Rep. Dom.
Period Orbitales de decenas de milisegundos
forb = ~ 300 Hz
fond. grav. = ~ 150 Hz
Velocidad orb: 1/3 la velocidad de la luz
see arXiv:1608.01940
Ondas Gravitacionales
LUNA
LIGO
LISA
Pulsares
Tiempo (s)
Fondo
Microondas
Espectro Ondas Gravitacionales
Freq (Hz)
Estrellas de Neutrones
Agujeros Negros
Enanas
Blancas
Agujeros Negros Supermasivos
horas
años
millisegundos
millisegundos
segundos
Existentes
LISA:
Laser Interferometer Space Antenna
Más de 100 veces la distancia a la luna
LISA:
Laser Interferometer Space Antenna
LISA: Progenitores de las supernovas de tipo Ia
Crédito: GSFC/D.Berry)
Porb 10 sec
Porb 70 min
Porb 19 min
Porb 1 sec
Porb 48 min
0.5 M☉ +0.5 M☉
Hoy
LISA: Todas las binarias de enanas blancas de la Vía Láctea
Gaia (Telescopio Espacial Óptico)
LISA: Todas las binarias de enanas blancas de la Vía Láctea
Simulación de nuestra galaxia
Lamberts et al. (2019)
LILA:
Un LIGO en la LUNA
Supernovas de tipo Ia
en otras galaxias
Crédito: GSFC/D.Berry)
Porb 10 sec
Porb 70 min
Porb 19 min
Porb 1 sec
Porb 48 min
0.5 M☉ +0.5 M☉
Hoy
LILA
La Luna como el detector
LGWA
Lunar Gravitational Wave Observatories
- The Lunar Gravitational-wave Antenna (LGWA) (Parameswaran et al. 2024)
- Seismometer (Lunar-SEI)
- Laser Interferometer Lunar Antenna (LILA) (Jani et al. 2025):
- LIGO-like suspension system (Lunar-SUS)
Methods
- Evolve WDs with masses 1. to 1.4 M⊙
- 1 years before merging:
- Roche-lobe: Lower Mass Fills Roche Lobe
- Contact: a = R1+R2
- Calculate SNR for LGWA and Gravitational-Wave Lunar Observatory for Cosmology (GLOC) as a LILA proxy
Wagg et al. (2022)
Dupletsa et al. (2023)
GW Strain
Pichardo Marcano et al. (2025)
GW
Detection Distance
Pichardo Marcano et al. (2025)
Detection Distance
Pichardo Marcano et al. (2025)
Early Alert at 10 Mpc
Pichardo Marcano et al. (2025)
Rates
- Type Ia SN
- 1 yr-1 in 10 Mpc (Kinugawa et al. 2022, Ajith et al. 2025)
- Massive pairs (ONe+ONe): 1 yr−1 for ∼100 Mpc
- AIC rates (Liu et al. 2020,Metzger et al. 2009):
- Best estimates: ~1 yr−1 at 30 Mpc
- Massive pairs (ONe+ONe): ~1 yr−1 events at 300 Mpc
- Type Ia and AIC rates in Globular Clusters (Kremer et al. (2021a,b):
- Type Ia: 10-5 yr−1
- AIC: 7 × 10-8 yr−1 per core-collapsed GCs
Constraint Common envelope Evolution
Multi-messenger and Multi-band Events
GWs from the Moon:
- WDs merger at Mpc distances
- Weeks of Early Alert
- LIGO source: Rapidly spinning NS
- WDs + PBHs (Yamamoto et al. 2024)
Otros Futuros Observatorios
Cosmic Explorer
40 km
Observatorio de Radio
DECIGO
Extra
Otros Observatorios
Cosmic Explorer
40 km
LION
DECIGO
Detection Metrics
Rates
Old Slides
Multi-messenger and Multi-band Events
- LSST could see a few AIC events per year (Metzger et al. 2009)
- Possible FRBs
- Super-Chandrasekhar SN?
- LIGO source: Rapidly spinning NS
- WDs + BHs (Yamamoto et al. 2024)
GWs from the Moon:
GWs from the Moon
- GW freq. between LISA and LIGO
- Massive WDs merger at Mpc distances
- Weeks of Early Alert
- Multi-Messenger Astrophysics
- WDs + NS
- WDs + Primordial BHs
SeminarioUANL
By mmarcano22
