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Enabling multi-messenger science with black hole binaries

Descrizione del progetto

Prevedere le firme delle onde elettromagnetiche e gravitazionali binarie dei buchi neri

La recente scoperta di fusioni di stelle di neutroni binarie, ottenuta tramite osservazioni sia di onde gravitazionali che elettromagnetiche, ha inaugurato la nuova era dell’astrofisica multi-messaggero. In base a tale premesse, il progetto Bright BHBs, finanziato dal CER, si propone di prevedere le firme elettromagnetiche e di onde gravitazionali durante l’evoluzione di sistemi binari di buchi neri con dischi circumbinari. Utilizzando simulazioni idrodinamiche e magnetoidrodinamiche, sarà possibile individuare le firme dei sistemi binari di buchi neri supermassicci tra i nuclei galattici attivi (NGA). Inoltre, il progetto creerà modelli autoconsistenti e dipendenti dal tempo dei dischi degli NGA per identificare le firme delle fusioni di buchi neri di massa stellare. Questi strumenti non solo forniranno informazioni sui processi degli eventi cosmici, ma saranno anche una risorsa per la prossima missione dell’Agenzia spaziale europea, Laser Interferometer Space Antenna.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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-ADG

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Istituzione ospitante

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Contributo netto dell'UE
€ 2 649 807,00
Indirizzo
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Austria
Regione
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato

Beneficiari (1)