Meet Patrick Horlaville!
le français suivit
Patrick Horlaville is a second-year Master’s student at Bishop’s University working under the supervision of Dr. John Ruan. His research project explores how we can identify the host galaxies of supermassive black hole binaries that will be detected with gravitational waves in the near future with radio telescopes on Earth known as Pulsar Timing Arrays (PTAs). Supermassive black holes live in the center of most massive galaxies and can form binary systems if their host galaxies merge with each other. At close enough separations, these binary systems emit low-frequency (nHz) gravitational waves detectable by PTAs. While recent detections point towards an abundant population of supermassive black hole binaries in the local Universe, we have yet to directly detect and localize individual systems, which would allow us to conduct follow-up electromagnetic observations. This in turn would shed light on the mechanisms that can bring supermassive black holes to form binaries and eventually merge, which remain largely unconstrained.
Currently, there are no reliable methods to localize the host galaxy of supermassive black hole binaries using gravitational wave observations from PTAs. However, recent work using cosmological simulations suggests that the host galaxies of supermassive black hole binaries have unique stellar kinematics. Notably, because we expect the binary systems that will be detected in gravitational waves to be massive and close by, they should live in local massive galaxies, which have for the most part already been observed by integral field unit (IFU) galaxy surveys. For his Master’s research project, Patrick is searching for those characteristic stellar kinematic signatures in archival IFU galaxy surveys to identify supermassive black hole binary host galaxy candidates, which will speed up the gravitational wave search for PTAs. When PTAs identify the gravitational wave signature of a supermassive black hole binary system and its host galaxy is localized, we will be able to investigate fundamental questions related to the co-evolution of supermassive black holes and host galaxy environments.
By searching through the MASSIVE, ATLAS3D and CALIFA galaxy surveys, Patrick’s objective is to identify the galaxies that are the most likely to host supermassive black hole binaries whose gravitational waves will be detected by PTAs in the near future. On the x-axis, galaxies with a high LDA score display the strongest kinematic signatures of supermassive black hole binary host galaxies. On the y-axis, galaxies with a high log(h0) host the most massive and closest supermassive black hole systems, which are the ones most likely to be detected with gravitational waves by PTAs if they exist in a binary. Therefore, galaxies located in the top right corner of the plot both display the stellar kinematic of supermassive black hole binary hosts, and their supermassive black holes are massive and close, making them ideal candidates for the host galaxies of supermassive black hole binaries that will be detected by PTAs.
Français: En parcourant les catalogues de galaxies MASSIVE, ATLAS3D et CALIFA, l’objectif de Patrick est d’identifier les galaxies les plus susceptibles d’héberger des trous noirs supermassifs binaires dont les ondes gravitationnelles seront bientôt détectées par les PTA. Sur l’axe des x, les galaxies avec un score LDA élevé présentent les signatures cinématiques les plus fortes des galaxies hôtes de trous noirs supermassifs binaires. Sur l’axe des y, les galaxies avec un log(h0) élevé abritent les systèmes de trous noirs supermassifs les plus massifs et les plus proches, qui sont ceux les plus susceptibles d’être détectés avec des ondes gravitationnelles par les PTA s’ils existent dans en système binaire. Par conséquent, les galaxies situées dans le coin supérieur droit du graphique présentent à la fois la cinématique stellaire des hôtes de trous noirs supermassifs binaires, et leurs trous noirs supermassifs sont massifs et proches, ce qui en fait des candidats idéaux pour les galaxies hôtes des trous noirs supermassifs binaires qui seront détectés par les PTA.
Patrick Horlaville est étudiant en deuxième année à la maîtrise à l’Université Bishop’s et travaille sous la supervision du Dr John Ruan. Son projet de recherche explore comment nous pouvons identifier les galaxies hôtes des trous noirs supermassifs binaires qui seront détectés par ondes gravitationnelles sous peu à l’aide de radiotélescopes sur Terre connus sous le nom de “Pulsar Timing Arrays” (PTA). Les trous noirs supermassifs sont au centre de la plupart des galaxies massives et peuvent former des systèmes binaires si leurs galaxies hôtes fusionnent l’une avec l’autre. À des séparations suffisamment proches, ces systèmes binaires émettent des ondes gravitationnelles à basse fréquence (nHz) détectables par les PTA. Bien que de récentes détections pointent vers une population abondante de trous noirs supermassifs binaires dans l’Univers local, nous n’avons pas encore détecté et localisé directement de tels systèmes individuels, ce qui nous permettrait de mener des observations électromagnétiques de suivi. De telles observations permettront à leur tour de mieux comprendre les mécanismes qui peuvent amener les trous noirs supermassifs à former des systèmes binaires et éventuellement fusionner, qui sont des dynamiques non élucidées.
Actuellement, il n’existe pas de méthode fiable pour localiser la galaxie hôte des trous noirs supermassifs binaires à l’aide d’observations d’ondes gravitationnelles des PTA. Cependant, des travaux récents utilisant des simulations cosmologiques suggèrent que les galaxies hôtes des trous noirs supermassifs binaires ont une cinématique stellaire unique. Notamment, étant donné que les systèmes binaires qui seront détectés par ondes gravitationnelles seront massifs et proches, ils devraient être dans des galaxies massives locales, qui ont pour la plupart déjà été observées par des relevés d’unité à champ intégral (“IFU”) de galaxies. Pour son projet de recherche de maîtrise, Patrick recherche ces signatures cinématiques stellaires caractéristiques dans des archives de catalogues IFU de galaxies afin d’identifier les galaxies susceptibles d’abriter des trous noirs supermassifs binaires, ce qui accélérera la recherche d’ondes gravitationnelles pour les PTA. Lorsque les PTA identifieront la signature d’onde gravitationnelle d’un système binaire de trous noirs supermassifs et que sa galaxie hôte sera localisée, nous serons en mesure d’étudier des questions fondamentales liées à la co-évolution des trous noirs supermassifs et des environnements de leur galaxie hôte.