Así se verá una fusión de agujeros negros supermasivos al telescopio
Investigadores del RIT (Instituto de Tecnología de Rochester) serán los encargados de realizar la simulación.
Ciencia Plus - Europa Press
Una nueva simulación de agujeros negros supermasivos usa un escenario realista para predecir las señales luminosas emitidas en el gas circundante antes de que las masas colisionen.
El estudio dirigido por investigadores del RIT (Instituto de Tecnología de Rochester) representa el primer paso para predecir la fusión inminente de los agujeros negros supermasivos usando los dos canales de información ahora disponibles para los científicos: los espectros de ondas electromagnéticas y gravitacionales, conocidos como astrofísica multimensaje.
Los hallazgos aparecen en el documento "Comportamiento casi periódico de Mini-discos en agujeros negros binarios acercándose a la fusión", publicado en Astrophysical Journal Letters. Un vídeo con la simulación está disponible acá:
"Hemos realizado la primera simulación en la que un disco de acreción alrededor de un agujero negro binario alimenta discos de acreción individuales, o mini-discos, alrededor de cada agujero negro en relatividad general y magnetohidrodinámica", dijo en un comunicado Dennis Bowen, autor principal e investigador postdoctoral en el Centro de Relatividad Computacional y Gravitación del RIT.
A diferencia de sus primos menos masivos, que se detectaron por primera vez en 2016, los agujeros negros supermasivos son alimentados por discos de gas que los rodean como rosquillas. La fuerte atracción gravitatoria de los agujeros negros que inspiral uno hacia el otro calienta e interrumpe el flujo de gas desde el disco al agujero negro y emite señales periódicas en las partes visibles y de rayos X del espectro electromagnético.
"Todavía no hemos visto dos agujeros negros supermasivos tan cerca", dijo Bowen. "Proporciona los primeros indicios de cómo se verán estas fusiones en un telescopio. El llenado y rellenado de mini discos afecta las firmas de luz ".
La simulación modela agujeros negros supermasivos en un par binario, cada uno rodeado de sus propios discos de gas. Un disco de gas mucho más grande rodea los agujeros negros y alimenta desproporcionadamente un mini disco sobre otro, lo que lleva al ciclo de llenado y llenado descrito en el documento.
La evolución es lo suficientemente larga como para estudiar cómo se vería el resultado real de la ciencia", dijo Manuela Campanelli, directora del Centro de relatividad computacional y gravitación y coautora del artículo.
Los agujeros negros supermasivos binarios emiten ondas gravitatorias a frecuencias más bajas que los agujeros negros de masa estelar. El observatorio de onda gravitacional del interferómetro láser basado en tierra, en 2016, detectó las primeras ondas gravitacionales de 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 del agujero negro supermasivo.
El lanzamiento de la Antena Espacial Interferómetro Láser basada en el espacio, o LISA, programada para 2030, detectará las ondas gravitacionales que chocan con los agujeros negros supermasivos en el cosmos. Cuando esté operativo en la década de 2020, el Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico con base en tierra (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 RITpodría guiar a los científicos hasta pares de agujeros negros supermasivos orbitantes.
"En la era de la astrofísica multimensaje, simulaciones como esta son necesarias para hacer predicciones directas de las 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 acercándose a la fusión".
Bowen y sus colaboradores combinaron simulaciones de los clusters informáticos Black Hole Lab de RIT y la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, uno de los supercomputadores más grandes de Estados Unidos.
Una nueva simulación de agujeros negros supermasivos usa un escenario realista para predecir las señales luminosas emitidas en el gas circundante antes de que las masas colisionen.
El estudio dirigido por investigadores del RIT (Instituto de Tecnología de Rochester) representa el primer paso para predecir la fusión inminente de los agujeros negros supermasivos usando los dos canales de información ahora disponibles para los científicos: los espectros de ondas electromagnéticas y gravitacionales, conocidos como astrofísica multimensaje.
Los hallazgos aparecen en el documento "Comportamiento casi periódico de Mini-discos en agujeros negros binarios acercándose a la fusión", publicado en Astrophysical Journal Letters. Un vídeo con la simulación está disponible acá:
"Hemos realizado la primera simulación en la que un disco de acreción alrededor de un agujero negro binario alimenta discos de acreción individuales, o mini-discos, alrededor de cada agujero negro en relatividad general y magnetohidrodinámica", dijo en un comunicado Dennis Bowen, autor principal e investigador postdoctoral en el Centro de Relatividad Computacional y Gravitación del RIT.
A diferencia de sus primos menos masivos, que se detectaron por primera vez en 2016, los agujeros negros supermasivos son alimentados por discos de gas que los rodean como rosquillas. La fuerte atracción gravitatoria de los agujeros negros que inspiral uno hacia el otro calienta e interrumpe el flujo de gas desde el disco al agujero negro y emite señales periódicas en las partes visibles y de rayos X del espectro electromagnético.
"Todavía no hemos visto dos agujeros negros supermasivos tan cerca", dijo Bowen. "Proporciona los primeros indicios de cómo se verán estas fusiones en un telescopio. El llenado y rellenado de mini discos afecta las firmas de luz ".
La simulación modela agujeros negros supermasivos en un par binario, cada uno rodeado de sus propios discos de gas. Un disco de gas mucho más grande rodea los agujeros negros y alimenta desproporcionadamente un mini disco sobre otro, lo que lleva al ciclo de llenado y llenado descrito en el documento.
La evolución es lo suficientemente larga como para estudiar cómo se vería el resultado real de la ciencia", dijo Manuela Campanelli, directora del Centro de relatividad computacional y gravitación y coautora del artículo.
Los agujeros negros supermasivos binarios emiten ondas gravitatorias a frecuencias más bajas que los agujeros negros de masa estelar. El observatorio de onda gravitacional del interferómetro láser basado en tierra, en 2016, detectó las primeras ondas gravitacionales de 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 del agujero negro supermasivo.
El lanzamiento de la Antena Espacial Interferómetro Láser basada en el espacio, o LISA, programada para 2030, detectará las ondas gravitacionales que chocan con los agujeros negros supermasivos en el cosmos. Cuando esté operativo en la década de 2020, el Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico con base en tierra (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 RITpodría guiar a los científicos hasta pares de agujeros negros supermasivos orbitantes.
"En la era de la astrofísica multimensaje, simulaciones como esta son necesarias para hacer predicciones directas de las 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 acercándose a la fusión".
Bowen y sus colaboradores combinaron simulaciones de los clusters informáticos Black Hole Lab de RIT y la supercomputadora Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, uno de los supercomputadores más grandes de Estados Unidos.