Os astrônomos continuam a desenvolver simulações de computador para ajudar os futuros observata³rios a se identificarem melhor com os buracos negros, os habitantes mais esquivos do universo.

Embora os buracos negros provavelmente existam em abunda¢ncia no universo, eles são notoriamente difa­ceis de ver. Os cientistas não capturaram a primeira imagem de ra¡dio de um buraco negro até2019, e apenas cerca de quatro daºzias de fusaµes de buracos negros foram detectadas por meio de suas ondulações gravitacionais caracteri­sticas desde a primeira detecção em 2015.

Nãosão muitos dados para trabalhar. Assim, os cientistas procuram simulações de buracos negros para obter uma visão crucial que ajudara¡ a encontrar mais fusaµes com missaµes futuras. Algumas dessas simulações, criadas por cientistas como o astrofisico Scott Noble, rastreiam sistemas binários de buracos negros supermassivos . a‰ aa­ que dois buracos negros monstruosos como os encontrados no centro das gala¡xias orbitam pra³ximos um do outro atéque finalmente se fundam.

As simulações, criadas por computadores trabalhando por meio de conjuntos de equações complicadas demais para serem resolvidas manualmente, ilustram como a matéria interage em ambientes de fusão. Os cientistas podem usar o que aprenderam sobre fusaµes de buracos negros para identificar algumas caracteri­sticas reveladoras que os permitem distinguir fusaµes de buracos negros de eventos estelares. Os astrônomos podem então procurar por esses sinais reveladores e detectar fusaµes de buracos negros na vida real .

Noble, que trabalha no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, disse que esses sistemas binários emitem ondas gravitacionais e influenciam os gases circundantes, levando a shows de luz aºnicos detecta¡veis ​​com telesca³pios convencionais. Isso permite que os cientistas aprendam sobre diferentes aspectos do mesmo sistema. As observações de multimensageiros que combinam diferentes formas de luz ou ondas gravitacionais podem permitir aos cientistas refinar seus modelos de sistemas binários de buracos negros.

"Temos contado com a luz para ver tudo o que existe", disse Noble. "Mas nem tudo emite luz, então a única maneira de 'ver' diretamente dois buracos negros épor meio das ondas gravitacionais que eles geram. As ondas gravitacionais e a luz do gás circundante são formas independentes de aprender sobre o sistema, e a esperana§a éque eles vai se encontrar no mesmo ponto. "

Simulações bina¡rias de buracos negros também podem ajudar na missão da Antena Espacial do Interfera´metro Laser (LISA). Este observata³rio de ondas gravitacionais baseado no Espaço, liderado pela Agência Espacial Europeia com contribuições significativas da NASA, deve ser lana§ado em 2034. Se as simulações determinarem quais caracteri­sticas eletromagnanãticas distinguem um sistema de buraco negro bina¡rio de outros eventos, os cientistas podera£o detectar esses sistemas antes do LISA voa, disse Noble. Essas observações podem ser confirmadas por meio de detecções adicionais assim que o LISA for iniciado.

Isso permitiria aos cientistas verificar se o LISA estãofuncionando, observar os sistemas por um período mais longo antes de eles se fundirem, prever o que vai acontecer e testar essas previsaµes.

"Nunca fomos capazes de fazer isso antes", disse Noble. "Isso érealmente emocionante."

As simulações contam com um ca³digo que descreve como a densidade e a pressão do plasma mudam em regiaµes de forte gravidade próximas a um aºnico buraco negro ou estrela de naªutrons, disse Noble. Ele modificou o ca³digo para permitir a evolução de dois buracos negros.

Noble estãotrabalhando com Goddard e parceiros universita¡rios, incluindo Bernard Kelly da University of Maryland, Manuela Campanelli liderando uma equipe de pesquisadores no Rochester Institute of Technology e Julian Krolik liderando uma equipe de pesquisa da Johns Hopkins University.

Kelly cria simulações usando uma abordagem especial chamada simulação de punção ma³vel.

Essas simulações permitem que os cientistas evitem representar uma singularidade dentro do horizonte de eventos - a parte do buraco negro da qual nada pode escapar, disse Kelly. Tudo fora desse horizonte de eventos evolui, enquanto os objetos internos permanecem congelados desde o ini­cio da simulação. Isso permite aos cientistas ignorar o fato de que eles não sabem o que acontece dentro de um horizonte de eventos.

Para imitar situações da vida real, onde os buracos negros acumulam discos de acreção de gás, poeira e matéria difusa, os cientistas precisam incorporar ca³digo adicional para rastrear como o material ionizado interage com os campos magnanãticos.

"Estamos tentando unir de forma conta­nua e correta diferentes ca³digos e manãtodos de simulação para produzir uma imagem coerente", disse Kelly.

Em 2018, a equipe publicou uma análise de uma nova simulação no The Astrophysical Journal que incorporou totalmente os efeitos fa­sicos da teoria geral da relatividade de Einstein para mostrar os efeitos de uma fusão no ambiente ao seu redor. A simulação estabeleceu que o gás em sistemas binários de buracos negros brilhara¡ predominantemente em luz ultravioleta e raios-X.

As simulações também mostraram que os discos de acreção nesses sistemas não são completamente lisos. Forma-se um aglomerado denso orbitando o bina¡rio e, sempre que um buraco negro se aproxima, retira matéria do aglomerado. Essa colisão aquece a matéria, produzindo um sinal brilhante e criando uma flutuação de luz observa¡vel.

Além de melhorar a confianção na precisão das simulações, o astrofisico de Goddard Jeremy Schnittman disse que eles também precisam ser capazes de aplicar o mesmo ca³digo de simulação a um aºnico buraco negro ou bina¡rio e mostrar as semelhanças e também as diferenças entre os dois sistemas .

"A simulação vai nos dizer como os sistemas devem ser", disse Schnittman. "LISA funciona mais como uma antena de ra¡dio do que como um telesca³pio a³ptico. Vamos ouvir algo no universo e obter sua direção ba¡sica, mas nada muito preciso. O que temos que fazer épegar outros telesca³pios e olhar naquela parte do canãu, e as simulações va£o nos dizer o que procurar para encontrar um buraco negro em fusão. "

Kelly disse que o LISA serámaissensívela frequências de ondas gravitacionais mais baixas do que o atual observador de ondas gravitacionais terrestres, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Isso significa que o LISA serácapaz de detectar sistemas binários de massa menor muito mais cedo e provavelmente detectara¡ sistemas em fusão a tempo de alertar os telesca³pios eletromagnanãticos.

Para Schnittman, essas simulações são fundamentais para entender os dados da vida real que o LISA e outras Espaçonaves coletam. O caso de modelos pode ser ainda mais forte para buracos negros binários , disse Schnittman, porque a comunidade cienta­fica tem poucos dados.

"Provavelmente nunca encontraremos um buraco negro bina¡rio com um telesca³pio atéque os simulemos ao ponto de sabermos exatamente o que estamos procurando, porque eles estãotão distantes, são tão minaºsculos, vocêvai ver apenas um ponto de luz ", disse Schnittman. "Precisamos ser capazes de procurar essa arma fumegante."