A mais recente recompensa de 35 eventos apresenta buracos negros estranhos e uma estrela de nêutrons em miniatura.
Os observatórios de ondas gravitacionais lançaram seu mais recente catálogo de colisões cósmicas, elevando o número total de detecções para 90. A nova safra de 35 eventos inclui um apresentando a estrela de nêutrons mais leve já vista, bem como dois confrontos envolvendo buracos negros surpreendentemente grandes.
As detecções vêm de dois locais do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO), na Louisiana e no Estado de Washington, e de seu detector irmão, Virgo, na Itália. Eles foram registrados durante 21 semanas de operação, com início em 1º de novembro de 2019, que acumularam uma taxa média de detecção de um evento a cada 4,2 dias. Desde então, a colaboração se expandiu para incluir o detector KAGRA no Japão, que começou a fazer observações em fevereiro de 2020. A colaboração LIGO ? Virgo ? KAGRA descreve seus resultados em um artigo postado no repositório de pré-impressão arXiv.
As ondas gravitacionais são ondulações na estrutura do espaço-tempo que são produzidas quando grandes massas se aceleram. Como as detecções relatadas anteriormente por LIGO-Virgo, as últimas são todas atribuídas a pares de densos remanescentes estelares espiralando uns nos outros e se fundindo. A grande maioria, incluindo a primeira detecção histórica do LIGO em 2015, envolveu pares de buracos negros, mas em alguns casos um ou ambos os objetos eram estrelas de nêutrons.
A colaboração inicialmente divulgou dados apenas sobre detecções de alta confiança, mas o catálogo mais recente – assim como o anterior, lançado em outubro de 2020 – inclui quaisquer detecções que tenham chances melhores do que iguais de serem ondas gravitacionais genuínas. A equipe estima que cerca de 10?15% dos últimos candidatos no catálogo são alarmes falsos, ?causados por flutuações de ruído instrumental?.
Monster mash
A partir da forma e frequência das ondas produzidas pelas fusões, os pesquisadores podem calcular os detalhes de uma série de características para os objetos envolvidos, incluindo suas massas e sua distância da Terra. Os últimos 35 eventos variaram em distância de aproximadamente 245 milhões a mais de 2,2 bilhões de parsecs (800 milhões a mais de 7 bilhões de anos-luz) de distância.
E eles incluem alguns monstros reais: dois eventos envolveram buracos negros com massas mais de 60 vezes a do sol. Para os astrofísicos, a mera existência desses buracos negros é problemática. Normalmente, acredita-se que os buracos negros se formem a partir do colapso de uma estrela muito massiva no final de sua vida. Mas as teorias predominantes prevêem que algumas estrelas moribundas devem explodir em vez de entrar em colapso, o que deve deixar uma escassez de buracos negros na faixa de aproximadamente 65-120 massas solares.
Uma fusão que LIGO e Virgo fizeram em 21 de maio de 2019, revelada no catálogo do ano passado, já havia desafiado essa suposição porque envolvia um buraco negro de 85 massas solares. Agora que a equipe identificou mais dois eventos discrepantes, parece menos provável que o anterior tenha sido um acaso.
Alessandra Buonanno, astrofísica LIGO do Instituto Max Planck de Física Gravitacional em Potsdam, Alemanha, diz que uma possível explicação é que esses buracos negros massivos podem ter surgido como resultado de uma fusão anterior, em vez do colapso de uma única estrela. ?O que estamos vendo pode ser um binário de segunda geração?, diz ela.
Os observatórios detectaram outro evento intrigante em 19 de dezembro de 2019, envolvendo um buraco negro 30 vezes a massa do Sol engolindo uma minúscula estrela de nêutrons. Com apenas 1,17 massas solares, é uma das estrelas de nêutrons mais leves conhecidas e o objeto de menor massa já detectado pelo LIGO-Virgo. Mas Buonanno avisa que esta foi uma das detecções de baixa confiança, então pode representar ruído de fundo em vez de um evento genuíno.
Reconhecimento de padrões
Outro astrofísico do LIGO, Daniel Holz, da Universidade de Chicago em Illinois, diz que a abundância de fusões de buracos negros está ficando grande o suficiente para que os pesquisadores consigam ver os padrões emergentes. O mais evidente deles é que as fusões de buracos negros tendem a acontecer com mais frequência em galáxias que estão mais distantes de nós no espaço e no tempo.
O resultado é que as fusões de buracos negros têm se tornado menos comuns à medida que o Universo amadurece. ?Isso é consistente com as expectativas da teoria?, diz Holz. ?Havia mais estrelas sendo criadas no início do Universo e, portanto, é natural esperar que houvesse mais buracos negros criados e, portanto, mais fusões de buracos negros.?
LIGO e Virgo fecharam em 27 de março de 2020 – antes do planejado devido à pandemia COVID-19 – e estão passando por grandes atualizações. Espera-se que eles reabram no final de 2022 para outra série de observações, que junto com o KAGRA poderia dobrar a recompensa mais uma vez. Os pesquisadores esperam que, depois de terem centenas de eventos para comparar, eles serão capazes de ver tendências que apontam para as origens e a história dos sistemas binários envolvidos nas fusões, bem como a história do próprio Universo. “Quando chegarmos ao final disso, será incrível”, diz Holz.
Enquanto isso, astrônomos ao redor do mundo ainda esperam por uma repetição da fusão de agosto de 2017 de duas estrelas de nêutrons, que é o único evento de onda gravitacional até agora que também foi visto por observatórios convencionais.
Publicado em 10/11/2021 10h13
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