¿En la mira de LIGO? Ondas gravitacionales coherentes vigorosas de discos de colapsar enfriados

Presentamos el primer estudio numérico de ondas gravitacionales (OG) de discos de colapsar, utilizando simulaciones magnetohidrodinámicas generales-relativistas en 3D de estrellas en colapso. Estas simulaciones incorporan una métrica de Kerr fija para el agujero negro (AGN) central y emplean prescripciones simplificadas para el enfriamiento del disco. Encontramos que los discos enfriados con una relación de altura de escala esperada de H/R0.1 a 10 radios gravitacionales inducen inestabilidad de Rossby en anillos compactos de alta densidad. Los vórtices de Rossby atrapados generan una emisión coherente vigorosa, independientemente de la magnetización del disco y el giro del AGN. Para una masa de AGN de 10\, M_, el espectro de OG alcanza un pico en 100\, Hz con algo de amplitud debido a varios modos no axisimétricos. El espectro se desplaza hacia frecuencias más bajas a medida que el disco se expande viscosamente y el radio de circularización del gas que cae aumenta. Los discos enfriados más débiles con H/R0.3 forman una estructura extendida de baja densidad de brazos espirales, resultando en un espectro más amplio y de menor amplitud. Asumiendo un umbral de detección optimista con una relación señal-ruido (SNR) de 20 y una tasa similar a las supernovas Ib/c, LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) podría detectar 1 evento anualmente, lo que sugiere que los eventos de OG podrían ya estar ocultos en datos observados. Los detectores de OG de tercera generación podrían detectar decenas a cientos de discos de colapsar anualmente, dependiendo de la intensidad de enfriamiento y la tasa de formación del disco. Las amplitudes de OG de los discos de colapsar son 100 veces más altas con una tasa de eventos sustancialmente mayor que las de las supernovas por colapso de núcleo, lo que las convierte en la clase de OG de tipo explosión más prometedora para LVK y Cosmic Explorer. Esto resalta la importancia de una exploración y modelado adicionales de las OG impulsadas por discos, prometiendo perspectivas sobre la física de las estrellas en colapso.