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Black hole spin and mass function in gaseous proto-clusters

Descripción del proyecto

Detección de agujeros negros en cúmulos protoestelares gaseosos

La astronomía de ondas gravitacionales ofrece una visión única del universo, desde su estado infantil hasta el presente, al detectar la radiación gravitacional emitida por agujeros negros emparejados en binarias. Cuando aún existe una cantidad importante de gas primordial, los cúmulos estelares en su nacimiento y en sus primeras etapas de evolución ofrecen un entorno ideal para que estos objetos se formen y crezcan en masa por acreción. El equipo del proyecto ProtoBH, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie, tiene como objetivo comprender mejor y proporcionar modelos coherentes para la formación y el crecimiento de agujeros negros masivos en entornos gaseosos. Los resultados del proyecto se cotejarán con los datos de LIGO, Virgo y KAGRA y se relacionarán con la misión LISA.

Objetivo

Gravitational-wave (GW) Astronomy opened a new window to the Universe from its infant state to the present. The key physical systems which allow probing the Universe through these vast time and length scales are Black Holes (BH). Low metallicity clouds, composed primarily of atomic hydrogen, before and during the epoch of reionization, are a natural environment for BHs to be born and form Binary Black Holes (BBH) which can merge via GW emission. Stellar BHs, being the remnants of the death of very massive stars, are generated early when a huge gas reservoir is available for accretion. Mass segregation leads the BHs close to the center of the system and a dense BH-subcluster, supported by gravitational fluctuations, is formed. The low metallicity of the gas suppresses cooling, while turbulence of the gas and the BHs’ motion further favor quasi-spherical accretion, surpassing the Eddington limit. For sufficiently compact configurations, the BHs shall grow in mass before the gas is depleted by stellar evolution and formation feedback processes. This rapid mass growth through turbulent hot accretion shall leave a distinct spin signature on the BHs. The BBH that accrete gas quasi-spherically may harden if there is not significant angular momentum loss from the system. Furthermore, these are also ideal conditions for high-redshift Intermediate Mass Black Holes (IMBH) to form. We shall calculate the spin distribution of stellar BHs accreting gas in proto-clusters, calculate the BH mass function following such accretion events, investigate the evolution of separation in accreting BBH in low-metallicity hot turbulent gas, develop theoretical models for the evolution of a BH-subcluster inside proto-clusters and investigate the formation of IMBH. Finally, we shall develop methods for identifying the origin of GW observations, confront our results with LIGO-Virgo-KAGRA data, and investigate synergetically the implications for the GW mission LISA and the X-ray mission Athena.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinador

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI MILANO-BICOCCA
Aportación neta de la UEn
€ 188 590,08
Dirección
PIAZZA DELL'ATENEO NUOVO 1
20126 Milano
Italia
Región
Nord-Ovest Lombardia Milano
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
Sin datos