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12/6/07 - DJ:

Simulación de fusión de pares de agujeros supermasivos

Los astrofísicos piensan que las galaxias crecen absorviendo galaxias menores. Ahora, usando supercomputadoras para simular fusiones galácticas, científicos de Standford han visto la formación de un nuevo tipo de estructura: un disco central de gas que puede ser de cientos a miles de años luz y de unos cientos de millones a miles de millones de masas solares.

Credit: Image courtesy of Stanford University

Vía EurekAlert
El reporte de la primera simulación de la formación de un par de agujeros negros supermasivos (SMBH, Super Massive Black Hole) se publica en la edición online de Science Express.

"La teoría de la Relatividad General que Einstein desarrolló hace 90 años que describre el comportamiento de la gravedad ha sido verificada en muchas de sus predicciones", dice el co-autor del paper Stelios Kazantzidis del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology. "Sin embargo, hay una consecuencia importante de esta teoría que ha escapado la verificación y es la existencia de ondas gravitacionales. Debido al hecho de que los pares de SMBH en colisión constituyen la fuente más poderosa de emisión de ondas gravitacionales en el universo, es de una importancia primaria establecer las condiciones necesarias para la fusión de dos SMBHs", completó.

Kazantzidis y Lucio Mayer del Instituto de Tecnología de Suiza y la Universidad de Zurich, los autores principales, concibieron el proyecto y diseñaron y condujeron las simulaciones numéricas.
Monica Colpi de la Universidad Milano-Bicocca y Piero Madau de la Universidad de California, Santa Cruz, ayudaron a interpretar los resultados. Thomas Quinn de la Universidad de Washington y James Wadsley de la Universidad McMaster escribieron el código usado para la simulación.

Un SMBH binario consiste en dos SMBHs orbitando alrededor de su centro de masa. Los agujeros negros pueden fusionarse o no, dependiendo de la existencia de un mecanismo que pueda extraer momento angular de sus órbitas y reducir su separación relativa, Kazantzidis explicó.

"Un par de SMBHs pueden interactuar con las estrellas que los rodean o con su gas. En ambos casos, el gas y las estrellas ejercern una fuerza de fricción en los agujeros negros que extrae energía del movimiento orbital de los agujeros. Como resultado, la separación entre ellos se achica gradualmente."

No está claro, sin embargo, si la fricción del gas o de las estrellas es la que domina el proceso.

Autores anteriores han investigado la formación de estos objetos usando simulaciones, pero en este nuevo caso, los investigadores siguieron el proceso en un amplio rango de escala temporal y espacial.


"Con unas pocas excepciones, los estudios anteriores no exploraron el rol del gas en la evolución de estos pares de SMBH. Evidencia teórica y observacional sugiere que las regiones centrales de los remanentes de una fusión contienen cantidades de gas. Nuestras simulaciones proveen mayores datos de los pares de agujeros negros y su fusión y ponen de relieve el rol vital del componente de gas de las galaxias en determinar el destino de los agujeros negros".

Los resultados son buenas noticias para LISA, el Laser Interferometer Space Antenna experiment, un observatorio espacial diseñado para detectar ondas gravitacionales usando interferometría láser en distancias astronómicas. LISA, entonces, es ideal para probar la fusión de agujeros negros supermasivos como los simulados por Kazantzidis y sus colegas. Se espera que LISA comience sus observaciones cerca de 2015.



Nota de prensa de Stanford

Nota en ScienceDaily

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