Dois buracos negros supermassivos no centro de um grande disco de gás estão em rota de colisão em uma seqüência de tempo simulada por cientistas do RIT. Um fluxo alternado de gás enche e esgota os minidiscos que alimentam os buracos negros, Mostrado acima. Sinais de luz característicos emitidos no gás podem marcar a localização das massas invisíveis. (Nota:O ponto no centro da imagem não faz parte da simulação.) Crédito:RIT Center for Computational Relativity and Gravitation
Uma nova simulação de buracos negros supermassivos - os gigantes nos centros das galáxias - usa um cenário realista para prever os sinais de luz emitidos no gás circundante antes da colisão das massas, disseram os pesquisadores do Rochester Institute of Technology.
O estudo conduzido pelo RIT representa o primeiro passo para prever a aproximação de uma fusão de buracos negros supermassivos usando os dois canais de informação agora disponíveis para os cientistas - o espectro eletromagnético e gravitacional - conhecido como astrofísica multimessageiro. Os resultados aparecem no artigo "Comportamento quase periódico de minidiscos em buracos negros binários que se aproximam da fusão, "publicado no Cartas de jornal astrofísico .
"Fizemos a primeira simulação em que um disco de acreção ao redor de um buraco negro binário alimenta discos de acreção individuais, ou minidiscos, em torno de cada buraco negro na relatividade geral e magnetohidrodinâmica, "disse Dennis Bowen, autor principal e pesquisador de pós-doutorado no Centro de Relatividade e Gravitação Computacional da RIT.
Ao contrário de seus primos menos massivos, detectado pela primeira vez em 2016, buracos negros supermassivos são alimentados por discos de gás que os cercam como donuts. A forte atração gravitacional dos buracos negros que se inspiram um em direção ao outro aquece e interrompe o fluxo de gás do disco para o buraco negro e emite sinais periódicos nas porções visíveis aos raios-X do espectro eletromagnético.
"Ainda não vimos dois buracos negros supermassivos chegarem tão perto, "Bowen disse." Fornece os primeiros indícios de como essas fusões serão em um telescópio. O enchimento e recarga de minidiscos afetam as assinaturas de luz. "
A simulação modela buracos negros supermassivos em um par binário, cada um cercado por seus próprios discos de gás. Um disco de gás muito maior circunda os buracos negros e alimenta desproporcionalmente um minidisco sobre o outro, levando ao ciclo de enchimento e recarga descrito no artigo.
"A evolução é longa o suficiente para estudar como seria o resultado da ciência real, "disse Manuela Campanelli, diretor do Centro de Relatividade e Gravitação Computacional e co-autor do artigo.
Os buracos negros supermassivos binários emitem ondas gravitacionais em frequências mais baixas do que os buracos negros de massa estelar. O Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser baseado em terra, em 2016, detectou as primeiras ondas gravitacionais de colisões de buracos negros de massa estelar com um instrumento ajustado para frequências mais altas. A sensibilidade do LIGO é incapaz de observar os sinais de ondas gravitacionais produzidos pela coalescência de buracos negros supermassivos.
Linhas de campo magnético emanam de um par de buracos negros supermassivos que se aproximam da fusão dentro de um grande disco de gás em uma simulação feita por cientistas do RIT. Sinais de luz periódicos no disco de gás podem algum dia ajudar os cientistas a localizar buracos negros binários supermassivos. Crédito:RIT Center for Computational Relativity and Gravitation
O lançamento da Antena Espacial de Interferômetro a Laser com base no espaço, ou LISA, programado para a década de 2030, detectará ondas gravitacionais de buracos negros supermassivos em colisão no cosmos. Quando estiver operacional na década de 2020, o Large Synoptic Survey Telescope baseado em solo, ou LSST, em construção no Cerro Pachón, Chile, vai produzir o mais largo, pesquisa mais profunda das emissões de luz no universo. O padrão de sinais previsto no estudo RIT pode guiar os cientistas a pares orbitando de buracos negros supermassivos.
"Na era da astrofísica multimensageira, simulações como essa são necessárias para fazer previsões diretas de sinais eletromagnéticos que acompanharão as ondas gravitacionais, "Bowen disse." Este é o primeiro passo em direção ao objetivo final de simulações capazes de fazer previsões diretas do sinal eletromagnético de buracos negros binários que se aproximam da fusão. "
Bowen e seus colaboradores combinaram simulações de clusters de computador Black Hole Lab da RIT e do supercomputador Blue Waters no National Center for Supercomputing Applications da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, um dos maiores supercomputadores dos Estados Unidos.
Astrofísicos da RIT, A Johns Hopkins University e o Goddard Space Flight Center da NASA colaboraram no projeto. A publicação é baseada no Ph.D. de Bowen. dissertação na RIT e conclui pesquisa iniciada por um co-autor, Scott Noble, um ex-pesquisador de pós-doutorado RIT, agora na NASA Goddard. A pesquisa deles faz parte de um projeto colaborativo financiado pela National Science Foundation liderado por Campanelli. Os co-autores incluem Vassilios Mewes, Pesquisador de pós-doutorado do RIT; Miguel Zilhao, ex-pesquisador de pós-doutorado RIT, agora na Universidade de Lisboa, em Portugal; e Julian Krolik, professor de física e astronomia na Universidade Johns Hopkins.
Em um próximo artigo, os autores irão explorar mais a correlação entre o gás fluindo para dentro e para fora dos discos de acreção e as emissões flutuantes de luz. Eles apresentarão previsões de assinaturas de luz que os cientistas podem esperar ver com telescópios avançados ao procurar por buracos negros supermassivos que se aproximam da fusão.
