Dos agujeros negros supermasivos en el centro de un gran disco de gas están en curso de colisión en una secuencia de tiempo simulada por científicos de RIT. Un flujo alterno de gas llena y agota los mini discos que alimentan los agujeros negros, mostrado anteriormente. Las señales de luz características emitidas en el gas podrían marcar la ubicación de las masas invisibles. (Nota:el punto en el centro de la imagen no es parte de la simulación). Crédito:Centro RIT de Relatividad y Gravitación Computacional
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 colisionen. dijeron los investigadores del Instituto de Tecnología de Rochester.
El estudio dirigido por RIT representa el primer paso hacia la predicción de la fusión inminente de los 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 multimesajero. Los hallazgos aparecen en el artículo "Comportamiento cuasiperiódico de minidiscos en agujeros negros binarios que se acercan a la fusión, "publicado en el 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 postdoctoral en el Centro de Relatividad y Gravitación Computacional de RIT.
A diferencia de sus primos menos macizos, detectado 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 al agujero 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 recarga de minidiscos afecta a las firmas luminosas ".
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 mini-disco sobre otro, que conduce al ciclo de llenado y recarga descrito en el documento.
"La evolución es lo suficientemente larga para estudiar cómo sería el resultado científico real, "dijo Manuela Campanelli, director del Centro de Relatividad y Gravitación Computacional y coautor 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 con interferómetro láser terrestre, en 2016, detectó las primeras ondas gravitacionales de las colisiones de agujeros negros de masa estelar con un instrumento sintonizado a frecuencias más altas. La sensibilidad de LIGO es incapaz de observar las señales de ondas gravitacionales producidas por la coalescencia supermasiva del agujero negro.
Las líneas del campo magnético emanan de un par de agujeros negros supermasivos que se acercan a la fusión dentro de un gran disco de gas en una simulación realizada por científicos de RIT. Las señales de luz periódicas en el disco de gas podrían algún día ayudar a los científicos a localizar agujeros negros binarios supermasivos. Crédito:Centro RIT de Relatividad y Gravitación Computacional
El lanzamiento de la antena espacial de interferómetro láser espacial, o LISA, programado para la década de 2030, detectará ondas gravitacionales de la colisión de agujeros negros supermasivos en el cosmos. Cuando esté operativo en la década de 2020, el Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico basado en tierra, o LSST, en construcción en Cerro Pachón, Chile, producirá el más ancho, estudio más profundo de las emisiones de luz en el universo. El patrón de señales predichas 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 directas de 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 Estados Unidos.
Astrofísicos de RIT, La Universidad Johns Hopkins y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA colaboraron en el proyecto. La publicación se basa en el Ph.D. de Bowen. disertación en RIT y completa la investigación iniciada por un coautor, Scott Noble, un ex investigador postdoctoral de RIT, 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 RIT; Miguel Zilhao, ex investigador postdoctoral de RIT, ahora en la Universidade de Lisboa, En portugal; y Julian Krolik, profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins.
En un próximo artículo, 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 que se acercan a la fusión.
