ASTRONOMÍA. Predicen la intensidad de las ondas gravitacionales durante la fusión de agujeros negros supermasivos

ondas gravitacionales, agujeros negros

 

Impresión artística de dos agujeros negros a punto de chocar y fusionarse.

Las ondas gravitacionales son ondas en la curvatura del espacio-tiempo causadas por masas aceleradas que se propagan como ondas a la velocidad de la luz hacia el exterior de su fuente. 

Aunque no se necesita un objeto gigantesco para crear ondas gravitatorias, nuestros instrumentos solo pueden detectar las generadas por la aceleración extrema de objetos muy masivos, como la órbita binaria de los agujeros negros.

Un agujero negro masivo se encuentra en el centro de la mayoría de las galaxias , como Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea . Estos agujeros negros son muy pesados: su masa puede ser de un millón a más de mil millones de veces la masa del Sol y, como tales, se conocen apropiadamente como agujeros negros supermasivos.

A medida que las galaxias se mueven por el Universo, ocasionalmente se fusionarán. Cuando esto sucede, los agujeros negros supermasivos que albergan tienden a migrar unos hacia otros y formar un sistema binario. A medida que estos dos agujeros negros se orbitan entre sí, deforman el tejido del espacio y el tiempo a su alrededor y producen ondas gravitacionales que se extienden hacia el Universo. 

Estas ondas gravitacionales completan una oscilación completa cada año aproximadamente a medida que viajan por el espacio y se clasifican como ondas gravitacionales de baja frecuencia.

El Universo está lleno de estos sistemas binarios de agujeros negros supermasivos , y las ondas gravitacionales que emiten llenan el espacio, combinándose para forman algo conocido como el fondo de ondas gravitacionales estocásticasLos científicos están tratando de encontrar una señal de onda gravitacional de este fondo utilizando una compleja red de radiotelescopios llamada matriz de sincronización de púlsares, pero podrían pasar años antes de que haya una detección confirmada.

Los científicos predicen ondas gravitacionales a partir de la fusión de agujeros negros supermasivos. Fuente: Carl Knox, Universidad OzGrav-Swinburne

Por esta razón, las simulaciones cosmológicas a menudo se usan para predecir cómo podría verse esta señal de onda gravitacional. Este tipo de simulación ayuda a los científicos a comprender la estructura y la historia del Universo mediante el seguimiento del flujo de materia y energía desde poco después del Big Bang hasta la actualidad.

Los resultados del estudio agregan información valiosa a las predicciones de señales existentes y proporcionan un punto de referencia importante para futuras matrices de sincronización de púlsares. 

Un equipo de investigadores de la Universidad de Monash , junto con varios científicos de OzGrav, recientemente hizo una nueva predicción sobre la fuerza de esta señal de onda gravitacional. La nueva estimación se basa en datos de la simulación MassiveBlack-II, que simula una región masiva del espacio similar a una parte de nuestro propio Universo.

El equipo hizo dos estimaciones: una en la que los agujeros negros supermasivos se fusionan casi instantáneamente una vez que sus galaxias anfitrionas chocan, y otra en la que los dos agujeros negros tardan en hundirse uno hacia el otro una vez que se emparejan en un sistema binario. Esta segunda estimación es importante ya que la salida de ondas gravitacionales de un sistema binario puede cambiar durante este tiempo debido a las interacciones de las estrellas y el gas cerca del sistema binario supermasivo.

La señal de onda gravitacional simulada usando MassiveBlack-II es similar a otras predicciones en estudios previos. Es más pequeña que una señal actualmente detectable por los conjuntos de sincronización de púlsares ; sin embargo, a medida que la sensibilidad de la tecnología del telescopio aumenta con el tiempo, es posible que una detección confirmada esté a la vuelta de la esquina.

Se pueden utilizar estimaciones progresivamente más precisas del fondo de ondas gravitacionales estocásticas para comprender mejor otros fenómenos astrofísicos, incluidas las interacciones de las estrellas y el gas que impactan en la fusión de los agujeros negros supermasivos.

Más información:

“An estimate of the stochastic gravitational wave background from the MassiveBlackII simulation” by Bailey Sykes, Hannah Middleton, Andrew Melatos, Tiziana Di Matteo, Colin DeGraf and Aklant Bhowmick, 14 February 2022, Monthly Notices of the Royal Astronomical SocietyDOI: 10.1093/mnras/stac388

“The MassiveBlack-II simulation: the evolution of haloes and galaxies to z ∼ 0” by Nishikanta Khandai, Tiziana Di Matteo, Rupert Croft, Stephen Wilkins, Yu Feng, Evan Tucker, Colin DeGraf and Mao-Sheng Liu, 24 April 2015, Monthly Notices of the Royal Astronomical SocietyDOI: 10.1093/mnras/stv627

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La Crónica del Henares: ASTRONOMÍA. Predicen la intensidad de las ondas gravitacionales durante la fusión de agujeros negros supermasivos
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