Project

binary systems, disk accretion; black holes, neutron stars, AGN; General Relativity

Lead
Il progetto considera sistemi binari di raggi X dove la materia è cresciuta su una stella di neutroni o su un buco nero di massa stellare nonché nuclei galattici attivi, cioè galassie ospitanti un buco nero supermassivo al loro centro. Il moto della materia nella vicinanza dell’orizzonte degli eventi ci da la possibilità di studiare la distorsione dello spazio-tempo, permettendoci di inferire importanti caratteristiche come la massa ed lo spin. Questo è un’opportunità unica di studiare la gravità in un regime di campo forte e rappresenta un'evidenza sperimentale per testare la Relatività Generale sotto condizioni estreme. Dopo decenni di osservazione, ci sono ancora molti punti da chiarire come per esempio la materia (intorno ad un oggetto compatto) viene influenzata dal punto di vista relativistico e della radiazione.
Lay summary
Nel seguente progetto di ricerca noi proponiamo di chiarire queste questioni attraverso differenti tecniche complementari che coinvolgono sia modelli teorici che l’analisi dei dati osservativi. Noi proponiamo un nuovo approccio che include modelli teorici non esplorati precedentemente i quali contemplano gli effetti della radiazione sul moto delle particelle nel disco di accrescimento; si fa anche uso di avanzate analisi spettrali e di cronometraggio con le quali comparare il modello con i dati reali disponibili da passati, presenti e futuri satelliti spaziali. In particolare: - Gli effetti della presenza del campo di radiazione sulla dinamica del flusso di accrescimento sarà incluso nel modello proposto. Questo modello appoggia le sue fondamenta sul cosiddetto effetto Poynting-Robertson, un fenomeno che è stato per primo preso in considerazione nel contesto della planetologia e nello studio del moto delle comete e della polvere nel sistema solare. Noi svilupperemo un codice numerico per simulare il moto del plasma nei dischi di accrescimento e così la K-linea di Fe osservata e la variabilità delle curve di luce includenti l’effetto Poynting-Robertson nel pieno contesto relativistico. - Noi useremo il tempo risoluto tramite dati di raggi X e tecniche di analisi spettrale per confrontare I risultati del codice con le osservazioni nello scopo di adattare I parametri del codice e cercare  di dare nuove ed innovative spiegazioni ad alcune caratteristiche osservate riguardo sorgenti fortemente accresciute. Sarà necessario assumere uno student PhD per sviluppare codici numerici per queste applicazioni astrofisiche riguardo l’effetto Poynting-Robertson in Relatività Generale.

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Last update: 07.02.2014

Active participation

Number	Title	Start	Funding scheme

The physics of accretion onto compact objects has been experiencing a golden age in terms of discoveries for many decades. Space satellites like XMM-Newton, INTEGRAL (ESA missions), RXTE and Chandra (NASA missions) have collected over the years a wealth of information, which have in turn provided astronomers with new insights into the physics of X-ray sources. The project considers X-ray binary systems where matter is accreted onto a neutron star (NS) or a stellar-mass black hole (BH). We are also interested in Active Galactic Nuclei (AGN), i.e., galaxies very likely hosting a supermassive black hole at their center, which is thought to accrete mass at a huge rate, allowing such sources to be very bright at different wavelengths.For all of these objects, the X-ray part of the emitted spectrum gives us clues about the processes occurring in the innermost regions of the accretion disk. In the case of black holes, the motion of matter in the vicinity of the event horizon lets us to investigate the space-time distortion generated by the central object, allowing us to infer important characteristics such as its mass and spin. This is also a unique opportunity to study gravity in the strong-field regime and represents a very powerful diagnostic to validate the predictions of General Relativity under extreme conditions.After decades of observations, there are still many points to be addressed and to be given an adequate explanation. Among these, are: is the profile and variability of the very broad Fe K-line that is observed in many AGNs due to matter orbiting the disk very close to the innermost stable circular orbit? What is the origin of the observed Quasi-Periodic-Oscillations (QPOs) in the power spectrum of neutron stars and black holes binaries light-curves? Do current models include all the relevant physical processes and are they adequate to fit and interpret the data?In the research project we propose a program to address this issues through different complementary techniques, which involve both theoretical modeling and observational data analysis. We put forward a new approach which includes unprecedentedly-explored theoretical models comprising the effects of radiation on the motion of particles in the accretion disks; we also make use of advanced spectral and timing analysis with which to compare the model with real data available from past, current and future space satellites. In particular:•The effects of the presence of a radiation field on the dynamics of the accretion flow will be included in the proposed model. This model lays its foundations on the the so-called Poynting-Robertson effect, a phenomenon which has been first taken into account in the context of planetology and in the study of the motion of comets and dust in the solar system. We will develop a numerical code for simulating the motion of the plasma in accretion disks an thus the observed Fe K-line and light-curves variability including the Poynting-Robertson effect in a fully-relativistic picture.•We will use time resolved X-ray data and spectral analysis techniques to compare the code results with observations in the aim of adjusting the code parameters and try to give new and innovative explanations to some observed features of accretion-powered sources.It will be necessary to hire a PhD student in order to develop numerical codes for these astrophysical applications of the GR Poynting-Robertson effect.