Os astrônomos dizem que detectaram a fusão mais massiva de dois buracos negros já descobertos

Uma impressão artística de buracos negros em colisão. Imagem: Mark Myers, ARC Centro de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav)

Os dois se tornaram um buraco negro particularmente pesado

Os astrônomos podem ter detectado a colisão mais massiva de dois buracos negros já descobertos, uma fusão caótica que ocorreu há cerca de 7 bilhões de anos, cujos sinais apenas chegaram até nós. O evento cataclísmico ofereceu aos pesquisadores um assento na primeira fila para o nascimento de um dos objetos mais elusivos do Universo.

O show distante incluiu dois jogadores principais: um buraco negro com aproximadamente 66 vezes a massa do nosso Sol e outro buraco negro com aproximadamente 85 vezes a massa do nosso Sol. Os dois ficaram próximos, girando rapidamente em torno um do outro várias vezes por segundo antes de, eventualmente, colidir juntos em uma violenta explosão de energia que enviou ondas de choque por todo o Universo. O resultado de sua fusão? Um único buraco negro com aproximadamente 142 vezes a massa do nosso sol.

Tal descoberta pode ser importante para os astrônomos. Até agora, os cientistas foram capazes de detectar e observar indiretamente buracos negros em duas faixas de tamanho diferentes. A variedade menor tem entre cinco e 100 vezes a massa do nosso sol. Na outra extremidade do espectro, estão os buracos negros supermassivos – os tipos nos centros das galáxias que têm milhões e bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Por séculos, os cientistas vêm tentando localizar os buracos negros intermediários, os chamados “buracos negros de massa intermediária”, que variam de 100 a 1.000 vezes a massa do Sol. Os astrônomos estavam certos de que esse tipo devia estar lá fora, mas não foram capazes de encontrar nenhuma evidência direta de sua existência. Alguns buracos negros intermediários em potencial foram identificados, mas ainda são considerados candidatos.

“Eles são realmente o elo perdido entre [os buracos negros com] dezenas de massas solares e milhões”, disse Salvatore Vitale, professor assistente no LIGO Lab do MIT que estuda ondas gravitacionais, ao The Verge. “Sempre foi um pouco desconcertante que as pessoas não conseguissem encontrar nada no meio.”

Com essa descoberta, detalhada hoje nas revistas Physical Review Letters e The Astrophysical Journal Letters, podemos ter nossa primeira detecção do nascimento de um buraco negro de massa intermediária. A descoberta pode ajudar a explicar por que o Universo tem essa aparência – com dispersões relativamente abundantes de buracos negros menores e alguns buracos negros supermassivos no centro das galáxias. Uma teoria de como os buracos negros supermassivos ficam tão grandes é que os buracos negros menores se fundem continuamente, consolidando-se até se tornarem enormes. Mas se fosse esse o caso, teria que haver buracos negros intermediários lá no Universo em algum lugar. “É por isso que os astrônomos estão procurando por eles extensivamente, porque eles ajudariam a resolver esse quebra-cabeça”, diz Vitale.

Um gráfico mostrando GW190521 em comparação com as massas de outras fusões de buracos negros LIGO-Virgo Imagem: LIGO / Caltech / MIT / R. Ferida (IPAC)

Para detectar essa dança do buraco negro, os cientistas mediram as minúsculas ondas de choque que a fusão produziu. Quando objetos incrivelmente massivos como buracos negros se fundem, eles distorcem o espaço e o tempo, criando ondulações na estrutura do Universo que se projetam para fora na velocidade da luz do evento. Conhecidas como ondas gravitacionais, essas ondulações são gigantescas quando são produzidas, mas quando chegam ao nosso planeta são incrivelmente fracas e difíceis de detectar.

Os cientistas se tornaram bastante adeptos da detecção dessas minúsculas ondas gravitacionais graças aos observatórios nos Estados Unidos e na Itália. Conhecidos como LIGO e Virgo, os observatórios são projetados especificamente para detectar essas ondas infinitesimais de fusões cataclísmicas – medindo como as ondulações afetam os espelhos suspensos aqui na Terra. Desde que o LIGO fez a primeira detecção de ondas gravitacionais em 2015, os observatórios acumularam um currículo impressionante, detectando cerca de 67 fusões de buracos negros, estrelas de nêutrons e buracos negros se fundindo com estrelas de nêutrons.

A 5,3 bilhões de parsecs de distância, a detecção anunciada hoje também é a fusão mais distante que LIGO e Virgo já encontraram, com as ondas levando 7 bilhões de anos para chegar até nós. Este evento, denominado GW190521, foi detectado em 21 de maio de 2019 e foi tão fraco que poderia facilmente ter passado despercebido. LIGO e Virgo captaram apenas quatro pequenas ondas da fusão em seus detectores, perturbações que duraram apenas um décimo de segundo. Os cientistas que trabalharam com os dados usaram quatro algoritmos diferentes para encontrar os wiggles, em última análise, permitindo-lhes localizar as massas da fusão e apenas quanta energia foi liberada. “Durante o processo da colisão, o equivalente a sete vezes a massa do nosso Sol foi destruída e tornou-se energia deixando o sistema, então é bastante impressionante em termos de energia, se você pensar bem”, diz Vitale. “O equivalente a sete sóis foi destruído em uma fração muito pequena de segundo.”

Por causa da pequena detecção, os astrônomos do LIGO e de Virgem estão considerando a possibilidade de não terem realmente visto uma fusão maciça de um buraco negro, mas, em vez disso, pegaram ondas de uma estrela em colapso ou de algum outro fenômeno estranho. No entanto, a fusão do buraco negro é a explicação mais simples e faz mais sentido para o que eles observaram. Os astrônomos estimam que fusões como esta são mais raras do que as fusões de buracos negros menores que LIGO e Virgo já viram, o que explicaria por que demorou um pouco para os observatórios detectarem esse tipo de buraco negro. “Para cada evento como este, haverá cerca de 500 fusões de buracos negros menores, por isso é muito raro”, diz Vitale.

Mas Vitale espera ver fusões como essa novamente. No momento, LIGO e Virgo não estão fazendo observações, mas as duas instalações estarão online novamente no final do próximo ano com algumas atualizações, tornando seus instrumentos ainda mais sensíveis do que antes. “Devemos ser capazes de detectar mais deste objeto extremamente pesado e, então, seremos capazes de dizer um pouco mais sobre suas origens, de onde vêm, quão raros são e suas propriedades”, diz Vitale. “Então, realmente seremos capazes de investigar a vida e a morte desses buracos negros.”

Publicado em 03/09/2020 05h00

Artigo original:

Estudo original:

Achou importante? Compartilhe!

Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: