Una nueva simulación de agujeros negros supermasivos, los gigantes en el centro de las galaxias, utiliza un escenario realista para predecir las señales de luz emitidas en el gas circundante antes de que las masas choquen, dijeron investigadores del Instituto de Tecnología de Rochester.
El estudio liderado por RIT representa el primer paso hacia la predicción de la fusión inminente de agujeros negros supermasivos utilizando los dos canales de información ahora disponibles para los científicos, el espectro electromagnético y el de ondas gravitacionales, conocido como astrofísica de múltiples mensajeros. Los hallazgos aparecen enel documento "Comportamiento cuasiperiódico de los minidiscos en agujeros negros binarios que se acercan a la fusión", publicado en Cartas de revistas astrofísicas .
"Hemos realizado la primera simulación en la que un disco de acreción alrededor de un agujero negro binario alimenta discos de acreción individuales, o minidiscos, alrededor de cada agujero negro en relatividad general y magnetohidrodinámica", dijo Dennis Bowen, autor principal e investigador postdoctoralen el Centro de Relatividad y Gravitación Computacional de RIT.
A diferencia de sus primos menos masivos, detectados por primera vez en 2016, los agujeros negros supermasivos son alimentados por discos de gas que los rodean como rosquillas. La fuerte atracción gravitacional de los agujeros negros que se inspiran entre sí calienta e interrumpe el flujo de gas desde el disco alagujero negro y emite señales periódicas en las porciones visibles a rayos X del espectro electromagnético.
"Todavía no hemos visto dos agujeros negros supermasivos acercarse tanto", dijo Bowen. "Proporciona los primeros indicios de cómo se verán estas fusiones en un telescopio. El llenado y relleno de los minidiscos afectan las firmas de luz."
La simulación modela agujeros negros supermasivos en un par binario, cada uno rodeado por sus propios discos de gas. Un disco de gas mucho más grande rodea los agujeros negros y alimenta desproporcionadamente un minidisco sobre otro, lo que lleva al ciclo de llenado y recarga descritoen el papel.
"La evolución es lo suficientemente larga para estudiar cómo se vería el resultado científico real", dijo Manuela Campanelli, directora del Centro de Relatividad y Gravitación Computacional y coautora del artículo.
Los agujeros negros supermasivos binarios emiten ondas gravitacionales a frecuencias más bajas que los agujeros negros de masa estelar. El Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser terrestre, en 2016, detectó las primeras ondas gravitacionales de las colisiones de agujeros negros de masa estelar con un instrumento sintonizado a niveles más altos.frecuencias. La sensibilidad de LIGO es incapaz de observar las señales de ondas gravitacionales producidas por la coalescencia supermasiva del agujero negro.
El lanzamiento de la Antena Espacial de Interferómetro Láser basado en el espacio, o LISA, programado para la década de 2030, detectará ondas gravitacionales de los agujeros negros supermasivos en colisión en el cosmos. Cuando esté en funcionamiento en la década de 2020, el Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico Terrestre,o LSST, en construcción en Cerro Pachón, Chile, producirá el estudio más amplio y profundo de las emisiones de luz en el universo. El patrón de señales predicho en el estudio RIT podría guiar a los científicos a orbitar pares de agujeros negros supermasivos.
"En la era de la astrofísica de múltiples mensajeros, simulaciones como esta son necesarias para hacer predicciones directas de señales electromagnéticas que acompañarán a las ondas gravitacionales", dijo Bowen. "Este es el primer paso hacia el objetivo final de las simulaciones capaces de hacer predicciones directasde la señal electromagnética de los agujeros negros binarios que se acercan a la fusión ".
Bowen y sus colaboradores combinaron simulaciones de los grupos de computadoras Black Hole Lab de RIT y la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, una de las supercomputadoras más grandes de los Estados Unidos.
Astrofísicos del RIT, la Universidad Johns Hopkins y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA colaboraron en el proyecto. La publicación se basa en la tesis doctoral de Bowen en el RIT y completa la investigación iniciada por un coautor, Scott Noble, un antiguo puesto en el RIT-investigador doctoral, ahora en NASA Goddard. Su investigación es parte de un proyecto colaborativo financiado por la National Science Foundation dirigido por Campanelli. Los coautores incluyen a Vassilios Mewes, investigador postdoctoral de RIT; Miguel Zilhao, ex investigador postdoctoral de RIT, ahora en Universidadede Lisboa, en Portugal; y Julian Krolik, profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins.
En un artículo próximo, los autores explorarán más a fondo la correlación entre el gas que entra y sale de los discos de acreción y las emisiones de luz fluctuantes. Presentarán predicciones de firmas de luz que los científicos pueden esperar ver con telescopios avanzados cuando buscan agujeros negros supermasivos.próxima fusión.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Rochester . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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