Enquanto astrônomos encontraram evidências indiretas desses distúrbios, as ondas, até agora escapado da detecção direta.
Observatórios terrestres projetados para encontrá-los estão à beira de atingir sensibilidades maiores, e muitos cientistas acreditam que esta descoberta é apenas alguns anos de distância.
Modelos de supercomputadores da fusão de buracos negros revelam propriedades que são cruciais para a compreensão futuras detecções de ondas gravitacionais. Esta imagem ainda é de um filme que segue dois buracos negros em órbita e seu disco de acreção durante seus últimos três órbitas e fusão final. Cores mais avermelhadas correspondem a densidades mais elevadas de gás. (Crédito: NASA Goddard Space Flight Center, P. Cowperthwaite, da Universidade de Maryland)
Pegando ondas gravitacionais de algumas das mais fortes fontes - colisão de buracos negros com milhões de vezes a massa do sol - vai demorar um pouco mais. Estas ondas ondular tão lentamente que eles não serão detectáveis por terrestres de ponta.
Em vez disso, os cientistas terão muito maiores espaciais instrumentos, como a proposta Space Antenna Interferômetro Laser, que foi aprovado como um projeto futuro de alta prioridade pela comunidade astronômica.
Quadro de uma simulação de uma fusão buraco negro empregar ambos os campos magnéticos e os efeitos do gás ionizado no disco de acreção (cores mais avermelhadas correspondem à maior densidade). Este ponto de vista é uma órbita na simulação, e já o primeiro indício de que irá desenvolver em estrutura vertical, funil-como surgiu. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center / P. Cowperthwaite, Univ. de Maryland
Uma equipe que inclui astrofísicos da NASA Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland, está ansioso para esse dia, usando modelos computacionais para explorar as fusões de buracos negros supersized.Seu trabalho mais recente investiga que tipo de "flash" pode ser visto por telescópios quando os astrônomos finalmente encontrar sinais gravitacionais de um evento como esse.
Estudar as ondas gravitacionais dará astrofísicos uma oportunidade sem precedentes para testemunhar fenômenos mais extremos do universo, levando a novos insights sobre as leis fundamentais da física, a morte de estrelas, o nascimento de buracos negros e, talvez, os primeiros momentos do universo.
Este quadro mostra a cena em duas órbitas da simulação. O campo magnético inicial do gás é amplificada por 100 vezes. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center / P. Cowperthwaite, Univ. de Maryland
Um buraco negro é um objeto tão grande que nada, nem mesmo a luz, pode escapar de seu controle gravitacional. Galáxias mais grandes, incluindo a nossa Via Láctea, contém um buraco negro central pesando milhões de vezes a massa do Sol, e quando duas galáxias colidem, seus buracos negros monstro resolver em um sistema binário próximo.
"Os buracos negros orbitam-se e perdem energia orbital, emitindo fortes ondas gravitacionais, e isso faz com que suas órbitas a encolher. Buracos negros A espiral em direção ao outro e, eventualmente, fundir", disse o astrofísico Goddard John Baker.
Feche a estes titânica, se movendo rapidamente em massas, espaço e tempo tornam-se repetidamente flexionado e deformado. Assim como uma perturbação forma ondulações sobre a superfície de um lago, dirige ondas sísmicas através da Terra, ou coloca o jiggle em uma tigela de gelatina, a flexão cíclica do espaço-tempo perto binários buracos negros produz ondas de distorção que a raça em todo o universo.
Enquanto as ondas gravitacionais prometo contar astrônomos muitas coisas sobre os corpos que os criaram, eles não podem fornecer uma informação crucial - a posição precisa da fonte. Assim, para compreender realmente um evento de fusão, os pesquisadores precisam de um sinal eletromagnético que o acompanha - um flash de luz, que vão desde as ondas de rádio a raios-X - que permitirá que os telescópios para identificar galáxia a fusão do host.
Os buracos negros se uniram neste quadro a partir da simulação. Os campos magnéticos evacuar a região acima do buraco negro e produzir um mais fino, mais quente do disco, mais densa nas imediações do buraco negro do que em simulações sem eles.
Compreender as contrapartidas eletromagnéticas que podem acompanhar uma fusão envolve a difícil tarefa de rastrear as interações complexas entre os buracos negros, o que pode estar se movendo a mais de metade da velocidade da luz nas órbitas últimos, e os discos de gás quente, que magnetizado cercá-los. Desde 2010, vários estudos utilizando hipóteses simplificadoras descobriram que as fusões podem produzir uma explosão de luz, mas ninguém sabia como isso ocorreu normalmente ou se a emissão seria forte o suficiente para ser detectável a partir da Terra.
Para explorar o problema em maior detalhe, um grupo liderado por Bruno Giacomazzo na Universidade do Colorado, Boulder, e incluindo simulações de computador desenvolvidos que Baker para a mostra pela primeira vez que acontece no gás magnetizado (também chamado de plasma) nos últimos estágios de uma fusão buraco negro. O estudo foi publicado na edição de 10 de junho de The Astrophysical Journal Letters.
As simulações siga as complexas interações elétricas e magnéticas do gás ionizado - conhecidas como magnetohidrodinâmica - dentro do ambiente de extrema gravidade determinada pelas equações da relatividade geral de Einstein, tarefa que exige o uso de avançados códigos numéricos e supercomputadores rápidos.
Ambas as simulações relatados no estudo foram executados no supercomputador Pleiades no Ames Research Center da NASA, em Moffett Field, Califórnia Eles seguem os buracos negros sobre os seus últimos três órbitas e posterior fusão com modelos com e sem um campo magnético no gás disco.
Outras simulações foram executados na Ranger e Descubra supercomputadores, respectivamente localizado na Universidade do Texas, Austin, e do Centro de Simulação Climáticas NASA Goddard, a fim de investigar os efeitos de diferentes condições iniciais, órbitas menos e outras variações.
"O que é surpreendente na simulação magnético é que o campo inicial do disco magnético é rapidamente intensificada por cerca de 100 vezes, e o buraco negro resultante da fusão está rodeado por um mais quente, mais denso disco de acreção, mais fina do que no caso desmagnetizado," Giacomazzo explicado.
No ambiente turbulento perto dos furos que se fundem preto, o campo magnético, uma vez que torna-se intensifica torcidas e comprimidas. A equipe sugere que a execução da simulação para órbitas adicionais resultaria em ampliação ainda maior.
O resultado mais interessante da simulação magnética é o desenvolvimento de uma estrutura de funil - uma zona limpa-para fora que se estende para fora do disco de acreção perto do buraco negro resultante da fusão."Este é exatamente o tipo de estrutura necessária para conduzir os jatos de partículas que vemos a partir dos centros de buraco negro movidos galáxias ativas", disse Giacomazzo.
O aspecto mais importante do estudo é o brilho de flash da fusão. A equipe considera que o modelo magnético produz emissão irradiada que é cerca de 10.000 vezes mais brilhante do que as observadas em estudos anteriores, que teve a etapa da simplificação de ignorar os efeitos do plasma nos discos na concentração.
"Precisamos de ondas gravitacionais para confirmar que uma fusão buraco negro tenha ocorrido, mas se pudermos compreender as assinaturas eletromagnéticas de fusões bem o suficiente, talvez possamos procurar eventos candidatos mesmo antes de ter um espaço baseado observatório de ondas gravitacionais", disse Baker .
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