Theory and Applications of Wave Optics in the Gravitational and Plasma Lensing of Coherent Sources
Notice bibliographique
Résumé
As the nascent fields of fast radio burst and gravitational wave astronomy grow in observational relevance, the lensing of these compact, coherent sources of radiation will play an important role in shaping our understanding of some of the fundamental questions of cosmology. Questions such as: what is the large-scale behaviour of space-time? what is the small-scale nature of dark matter? and what is the physical state of the invisible baryonic component of the universe? As such, the study of wave optics in astrophysical lensing contexts has recently received revived interest, as these sources are expected to exhibit wave effects when they are lensed in a wide variety of scenarios. The work presented in this thesis further develops the theory of coherent wave lensing by expanding upon the mathematical framework of Picard-Lefschetz theory for the evaluation of oscillatory path integrals. This novel technique reveals the fundamental importance of complex images in governing wave optics and the transition from diffractive to refractive optics. Not only does Picard-Lefschetz theory allow for exact numerical evaluations of the Kirchhoff-Fresnel integral which describes lensing, but it also provides a powerful conceptual tool for understanding wave effects across different optical regimes. In addition to developing new theoretical tools, this work discusses new applications of wave lensing from the detection of exo-galactic exoplanets, to extreme precision measurements of cosmic expansion, to probing the geometric structure of plasma in the interstellar and circumgalactic medium. The main purpose of this thesis as a whole is two-fold: 1. To meet the requirements for graduating with a Doctor of Philosophy at the University of Toronto, and 2. To provide a concise and pedagogically oriented introduction into the field of coherent gravitational and plasma lensing. While the former purpose could be minimally satisfied by linking together relevant publications with little more than a staple, the latter requires the construction of a coherent exposition so that a new graduate student, or precocious undergraduate, could read this work cover-to-cover and leave well-situated to pursue research in the further directions suggested by this work. Whether or not this imagined readership will ever materialize is another question beyond the scope of the present work.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».