Residual spin misalignments in gas-driven inspirals of supermassive black-hole binaries

We recently entered the gravitational wave era, thanks to the recent discoveries made by LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). The Gravitational-Wave emission during the merger of two black holes heavily depends on the inclination of the spins before the merger. This orientation in turn depends on the interaction with a surrounding accretion disc, which is thought to be the responsible for carrying the black holes close to each other, before the enrgy loss from gravitational-wave emission becomes relevant. This interaction comes from the Bardeen-Petterson effect, which is the twisting of an accretion disc in case of a misalignment between the external angular momentum of the disc and the spin of the central black hole. Eventually, the black hole spin will align itself with the external angular momentum. In this thesis, we explore the effects on this interaction, with a particular focus on whether this alignment can be relevant before the actual merger of the black holes. Lastly, we make considerations on what this means for the emission of gravitational waves.

Siamo di recente entrati nell'era delle onde gravitazionali, con le recenti rilevazioni di LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). L'emissione di onde gravitazionali nella fusione di due buchi neri dipende fortemente dall'inclinazione dei rispettivi spin al momento della fusione. Tale orientazione, a sua volta, dipende fortemente dall'interazione con un disco di accrescimento, responsabile dell'avvicinamento dei buchi neri prima che l'emissione gravitazionale diventi rilevante. Questa interazione si basa sul Bardeen-Petterson effect, secondo cui un disco di accrescimento misallineato rispetto a un buco nero al suo centro, assume una forma "twisted", cioè piegata in modo che le sue parti centrali siano allineate con lo spin del buco nero. Eventualmente, lo spin del buco nero si allineerà con il momento angolare esterno del buco nero. In questa tesi si indagano gli effetti di tale interazione, in particolare studiando se tale allineamento può avvenire in tempi scala utili, ovvero prima della fusione dei buchi neri. Infine, si traggono conclusioni sulle conseguenze per l'emissione di onde gravitazionali.