Colisão de buracos negros desafia modelos de formação na astrofísica

Pesquisadores fizeram uma descoberta significativa ao registrar ondulações no espaço-tempo resultantes da colisão de dois imensos buracos negros, que se uniram a uma distância extremamente remota, além da borda da Via Láctea.

Os buracos negros envolvidos, cada um com mais de 100 vezes a massa do Sol, iniciaram um movimento orbital há bilhões de anos e culminaram em uma fusão que gerou um buraco negro ainda mais massivo, situado a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra.

Essa fusão representa o evento mais massivo já registrado por detectores de ondas gravitacionais, levando os físicos a reavaliar suas teorias sobre a formação dessas gigantescas entidades cósmicas. O sinal foi captado por dispositivos em solo terrestre que são sensíveis o suficiente para perceber alterações no espaço-tempo milhares de vezes menores que a largura de um próton.

"Esses eventos são os mais violentos que podemos observar no universo, mas quando os sinais chegam à Terra, são as manifestações mais sutis que conseguimos medir", comentou o Professor Mark Hannam, diretor do Instituto de Exploração da Gravidade da Universidade de Cardiff. "Quando essas ondulações chegam até nós, já são diminutas".

A evidência da colisão dos buracos negros foi detectada por volta das 14h (horário do Reino Unido) do dia 23 de novembro de 2023, quando dois detectores baseados nos Estados Unidos, localizados em Washington e Louisiana e operados pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (LIGO), registraram uma alteração simultânea.

A perturbação no espaço-tempo fez com que os detectores se estendessem e contraíssem por um décimo de segundo, um breve instante que capturou a chamada fase de "ringdown", enquanto os buracos negros fundidos formavam um novo corpo que emitia vibrações antes de se estabilizar.

Segundo o 'The Guardian', a análise do sinal revelou que os buracos negros envolvidos na colisão possuíam massas de 103 e 137 vezes a do Sol e estavam girando cerca de 400 mil vezes mais rápido que a Terra, próximo ao limite teórico para tais objetos.

"Essas são as maiores massas de buracos negros que medimos com confiança usando ondas gravitacionais", afirmou Hannam, membro da colaboração científica do LIGO. "E isso é intrigante, pois estão exatamente na faixa de massas onde, devido a fenômenos complexos, não esperávamos que buracos negros se formassem".

Formações

Tradicionalmente, os buracos negros se formam quando estrelas massivas esgotam seu combustível nuclear e colapsam no final do ciclo de vida. Esses objetos extremamente densos distorcem o espaço-tempo a tal ponto que criam um horizonte de eventos, uma barreira além da qual nem mesmo a luz consegue escapar.

Cientistas do LIGO suspeitam que os buracos negros envolvidos na fusão tenham sido produtos de fusões anteriores. Essa hipótese explicaria suas massas elevadas e a rápida rotação observada, já que buracos negros fundidos tendem a transferir spin ao novo objeto formado. "Já havíamos percebido indícios disso anteriormente, mas este é o exemplo mais extremo onde provavelmente isso está acontecendo", acrescentou Hannam.

Até o momento, foram detectadas cerca de 300 fusões de buracos negros através das ondas gravitacionais geradas. Até então, o evento mais massivo conhecido resultava em um buraco negro com aproximadamente 140 vezes a massa do Sol. A nova fusão resultou em um buraco negro até 265 vezes mais massivo que o Sol. Detalhes adicionais sobre essa descoberta serão apresentados na segunda-feira durante o encontro GR-Amaldi em Glasgow.

Antes da construção dos primeiros detectores de ondas gravitacionais na década de 1990, os cientistas podiam observar o universo apenas através da radiação eletromagnética, como luz visível, infravermelha e ondas de rádio. Os observatórios gravitacionais proporcionam uma nova perspectiva do cosmos, permitindo aos pesquisadores observar eventos antes ocultos.

"Geralmente na ciência, quando você observa o universo sob uma nova ótica, descobre coisas inesperadas e sua compreensão é transformada", concluiu Hannam. "Os detectores planejados para os próximos 10 a 15 anos poderão registrar todas as fusões de buracos negros no universo e talvez algumas surpresas não previstas".