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Gravitational waves from crowded environments: simulating intermediate-mass black hole formation and evolution with supercomputers.

Descripción del proyecto

Un estudio podría arrojar luz sobre la formación y la evolución de los agujeros negros de masa intermedia

Los agujeros negros de masa intermedia (IMBH, por sus siglas en inglés) son el eslabón perdido entre los supermasivos, que merodean por los centros de galaxias, y los estelares, formados por el colapso gravitacional de una estrella. Los estudios existentes se ven limitados en su capacidad de investigar el parámetro espacial y de captar la física compleja que hay detrás de los IMBH. El equipo del proyecto GRACE-BH, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie, combinará técnicas numéricas y semianalíticas de última generación para modelizar la supervivencia de las semillas de los IMBH en distintos entornos, así como para describir con más precisión las condiciones que favorecen la formación de IMBH en cúmulos estelares. En particular, investigará el impacto de las interacciones dinámicas, las colisiones fuera de control, la inestabilidad de pares y las fuerzas relativistas sobre la formación de los IMBH.

Objetivo

The discovery of gravitational waves (GWs) marks the dawn of a new era for astronomy. On 2019 May 21, the gravitational-wave (GW) detectors LIGO and Virgo observed the coalescence of a massive binary black hole: the merger remnant of GW190521 is the first intermediate-mass black hole (IMBH) observed through GWs. This opens new perspectives for the study of IMBHs, bridging the gap between stellar-mass and supermassive black holes. The interpretation of current and future observations requires a theoretical framework capable of modelling both the formation of IMBHs and their co-evolution with the host star clusters. Numerical simulations offer a unique tool to model IMBHs from the seeding phase to their full growth. However, the existing literature misses a thorough study that fully explores the parameter space and captures the complex physics behind IMBHs.
Including these aspects represents a fundamental step to bridge stellar dynamics and GW astronomy. The GRACE-BH project aims at building such a bridge providing a solution to one of the challenging questions of modern astrophysics:

What are the best conditions favouring the formation of IMBHs in star clusters?

To address this open question, I will combine forefront numerical simulations and semi-analytic techniques to probe the
parameter space, focusing on the role of stellar multiplicity and primordial mass segregation in star clusters. I will model the complex physics associated with IMBH formation, investigating the impact of dynamical interactions, runaway collisions, pair-instability and relativistic kicks on IMBH formation. The exploitation of these models will enable us to describe the survival and growth of IMBH seeds in different environments, shedding a light on the conditions that favour IMBH formation in star clusters. This will allow us to dissect the demography of GW sources powered by IMBHs and to make predictions for next-generation ground-based and spaceborne GW detectors like LISA.

Coordinador

GRAN SASSO SCIENCE INSTITUTE
Aportación neta de la UEn
€ 53 513,04
Dirección
VIA FRANCESCO CRISPI 7
67100 L'Aquila
Italia

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Región
Sud Abruzzo L’Aquila
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 53 513,04

Participantes (1)