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Enabling multi-messenger science with black hole binaries

Description du projet

Prédire les signatures électromagnétiques et des ondes gravitationnelles des trous noirs binaires

La récente découverte de fusions d’étoiles à neutrons binaires grâce à des observations électromagnétiques (EM) et d’ondes gravitationnelles (OG) a inauguré une nouvelle ère de l’astrophysique multimessager. Dans ce contexte, le projet Bright BHBs, financé par le CER, vise à prédire les signatures EM et OG tout au long de l’évolution des trous noirs binaires avec des disques circumbinaires. À l’aide de simulations hydrodynamiques et magnétohydrodynamiques, il permettra de discerner les signatures des trous noirs binaires supermassifs parmi les noyaux galactiques actifs (AGN pour «active galactic nuclei»). De plus, le projet créera des modèles temporels autocohérents de disques AGN afin d’identifier les signatures des fusions de trous noirs de masse stellaire. Ces outils aideront non seulement à mieux comprendre les processus des événements cosmiques, mais constitueront également un atout pour la future mission Laser Interferometer Space Antenna de l’Agence spatiale européenne.

Objectif

Combining electromagnetic (EM) and gravitational-wave (GW) observations of the same object opens windows to new science, from astronomy and astrophysics to fundamental physics and cosmology. The era of such multi-messenger astrophysics began with the recent GW+EM discovery of two binary neutron-star mergers. This proposal will enable novel multi-messenger science with black hole binaries (BHBs) across all masses.

Supermassive and stellar-mass BHBs in galactic nuclei are both expected to be surrounded by circumbinary gas disks. The binary's orbit and the hydrodynamics of its disk are coupled and their evolution must be followed jointly. Our goal is to understand this coupled long-term evolution of BHB+disk systems, along with their corresponding EM and GW signatures.

This is an exceptionally well-posed physics problem. We will solve it through hydrodynamical and MHD simulations of unprecedented size, spatial resolution and duration, incorporating radiation transport, realistic thermodynamics, gravitational radiation and disk self-gravity for the first time. We will predict the EM and GW signatures of BHBs with circumbinary disks throughout their evolution, and apply these to observations in three work packages (WPs).

WP1 will perform 2D hydro and 3D radiation-MHD simulations to understand the orbital evolution and the EM and GW signatures of BHBs with circumbinary disks.

WP2 will apply these results to robustly identify the first SMBH binaries among AGNs in LSST and other time-domain surveys, and to interpret pulsar-timing array observations of the GW background.

WP3 will develop the first self-consistent time-dependent models of AGN disks coupled with the embedded populations of stellar-mass objects, and derive the EM and GW signatures of stellar-mass BH mergers in these disks.

The tools we build will also allow ESA's LISA mission to realize its full science potential, by enabling the astrophysical interpretation of any deviations from vacuum GR waveforms.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-ADG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Contribution nette de l'UE
€ 2 649 807,00
Adresse
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Autriche
Région
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Bénéficiaires (1)