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X-ray Measurements of Accreting black holes with Polarimetric-Spectral-timing techniques

Descrizione del progetto

Misurare la massa delle binarie di buchi neri a raggi X mediante tecniche di cronometraggio polarimetrico-spettrale

Quando un buco nero si forma in un sistema stellare binario, intorno ad esso viene irradiato un enorme flusso di raggi X; questo segnale elettromagnetico, emesso da una corona calda e da un disco più freddo, contiene informazioni chiave sulla massa, lo spin e il forte campo gravitazionale del buco nero vicino al suo orizzonte. Ciononostante, l’effettiva regione di emissione dei raggi X è tuttora oscura. Mediante il ricorso al solo segnale a raggi X, il progetto X-MAPS, finanziato dal CER, si prefigge di misurare la massa dei buchi neri in fase di accrescimento e di comprendere le transizioni di stato tra disco e corona integrando i metodi di mappatura indiretta con i propri metodi pionieristici di modellizzazione in avanti del cronometraggio spettrale allo scopo di creare nuove tecniche di cronometraggio polarimetrico-spettrale. Si prevede che i risultati ricavati da X-MAPS eserciteranno un impatto sulle attuali teorie relative all’evoluzione delle stelle binarie.

Obiettivo

Black hole (BH) X-ray binaries (XRBs) radiate a huge X-ray flux from the BH vicinity. The X-ray signal, radiated by a hot corona and a cooler disk, contains information on the BH mass and spin, and the strong gravitational field close to its horizon. However, the X-ray emitting region is unresolvable, necessitating indirect mapping techniques. I pioneered forward-modelling spectral-timing techniques that exploit rapid spectral variability, and played a key role in the first studies of X-ray polarization. X-MAPS will take the novel and transformational step of combining these two powerful diagnostics into polarimetric-spectral-timing. This requires a huge increase in the computational intensity of my state-of-the-art models that my group will enable with machine learning to achieve the following science goals:

1) Understand state transitions: We will constrain how the structure of the disk-corona system evolves as the spectral shape changes and large-scale transient jets are launched, informing on the jet launching mechanism and thus how supermassive BHs influence their host galaxies.

2) Measure BH mass: The current observational picture that BHs in gravitational wave (GW) sources are heavier than those in Galactic XRBs has deep implications for binary evolution theory. We will make BH mass measurements using the X-ray signal alone, enabling measurements for XRBs inaccessible to traditional optical techniques (~70% of the population), which are thought to harbour heavier BHs. This will enable us to test the importance of observational bias in the comparison of XRBs with GW sources.

3) Measure 3D BH spin orientation: I recently found strong evidence that quasi-periodic oscillations (QPOs) observed in the X-ray flux of XRBs are driven by relativistic precession of the corona around the BH spin axis: variation of X-ray polarization with QPO phase. We will reconstruct the precession cone and thus the BH spin vector, providing new insights into binary evolution theory.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2024-COG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITY OF DURHAM
Contributo netto dell'UE
€ 1 887 714,69
Indirizzo
STOCKTON ROAD THE PALATINE CENTRE
DH1 3LE DURHAM
Regno Unito
Regione
North East (England) Tees Valley and Durham Durham CC
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 887 714,69

Beneficiari (2)