Wolf-Rayet - black hole binaries as progenitors of binary black holes

I used the population-synthesis code SEVN to characterize the role of the Wolf-Rayet - black hole binaries as the progenitors of the binary black holes observed with the gravitational wave detectors of the LIGO and Virgo Collaboration. I adopted the Galactic X-ray binary Cyg X-3 as case-study for Wolf-Rayet - black hole binaries at solar metallicities. I explored a 24-dimension parameter space with two possible metallicities, three core-collapse supernova models and four natal kick options. I found that this parameter space does not significantly affect the key role of Wolf-Rayet - black hole binaries as the progenitors of the merging binary black holes: more than 90% of them evolved as Wolf-Rayet - black hole systems at some point in their life. Cyg X-3 will also merge as a binary black hole, with a 75% probability in the most pessimistic cases. Similar binaries will experience at least a common envelope evolution, with the possibility of having one or two additional mass transfer episodes, depending on the core-collapse supernova model adopted. This work highlights that more accurate observations of Wolf-Rayet - black hole binaries are one of the best possible characterizations of binary black hole progenitors and can shed new light also on the mass transfer physics.

Ho usato il codice di sintesi di popolazione SEVN per caratterizzare il ruolo delle binarie Wolf-Rayet - buco nero come progenitori delle binarie di buchi neri osservate dai rivelatori di onde gravitazionali della collaborazione LIGO-Virgo. Ho usato la binaria a raggi X Galattica Cyg X-3 come caso di studio per le binarie a metallicità solare. Ho esplorato uno spazio dei parametri a 24 dimensioni, considerando due possibili metallicità, tre modelli di core-collapse supernova e quattro opzioni per i calci ricevuti dall'oggetto compatto formatosi dalla supernova. Ho trovato che questo spazio dei parametri non influisce significativamente sul ruolo chiave delle binarie Wolf-Rayet - buco nero come progenitori delle binarie di buchi neri che fondono per emissione di onde gravitazionali: più del 90% di loro è evoluta attraverso la configurazione di Wolf-Rayet - buco nero. Cyg X-3 è uno di questo progenitori con una probabilità superiore al 75% ed è giunto in questa configurazione attraverso almeno un episodio di inviluppo comune. In base al modello di supernova adottato, inoltre, Cyg X-3 ha attraversato uno o due episodi di trasferimento di massa aggiuntivi. Questo lavoro evidenzia come osservazioni più accurate delle binarie Wolf-Rayet - buco nero siano uno dei modi migliori per caratterizzare i progenitori delle binarie di buchi neri di LIGO-Virgo e possano migliorare anche gli attuali modelli sul trasferimento di massa.