Par de fusões distintas de buracos negros lança nova luz sobre a natureza da sua formação e evolução

As fusões, medidas com um mês de diferença em 2024 pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, contribuem para a compreensão científica da natureza da formação dos buracos negros e da física fundamental.

Um par de fusões de buracos negros cósmicos distantes, medidas com apenas um mês de diferença no final de 2024, está a melhorar a forma como os cientistas compreendem a natureza e a evolução das mais violentas colisões do espaço profundo no nosso Universo. Os dados recolhidos a partir das fusões também validam, com uma precisão sem precedentes, leis fundamentais da física que foram previstas há mais de 100 anos por Albert Einstein e promovem a procura de novas e ainda desconhecidas partículas elementares com potencial para extrair energia dos buracos negros.

A primeira fusão detetada, GW241011, ocorreu a cerca de 700 milhões de anos-luz de distância e resultou da colisão de dois buracos negros com cerca de 20 e 6 vezes a massa do Sol. O maior dos buracos negros de GW241011 foi avaliado como um dos buracos negros de rotação mais rápida observados até à data. A segunda fusão, GW241110, ocorreu a cerca de 2,4 mil milhões de anos-luz de distância e envolveu buracos negros com cerca de 17 e 8 vezes a massa do Sol. Enquanto a maioria dos buracos negros observados gira na mesma direção que a sua órbita, o buraco negro primário de GW241110 girava na direção oposta à da sua órbita – um caso inédito.

Curiosamente, ambas as fusões detetadas apontam para a possibilidade de se tratarem de buracos negros de “segunda geração”. “GW241011 e GW241110 estão entre os eventos mais inesperados das várias centenas que a rede LIGO-Virgo-KAGRA observou”, diz Stephen Fairhurst, professor da Universidade de Cardiff e porta-voz da Colaboração Científica LIGO. “Com ambos os eventos a terem um buraco negro significativamente mais massivo do que o outro e a girar rapidamente, fornecem evidências tentadoras de que estes buracos negros se formaram a partir de anteriores fusões de buracos negros”. Este processo, designado por fusão hierárquica, sugere que estes sistemas se formaram em ambientes densos, em regiões como enxames de estrelas, onde é mais provável que os buracos negros se cruzem e se fundam uma e outra vez.

“Estas duas fusões de buracos negros binários oferecem-nos alguns dos conhecimentos mais interessantes acerca do início da vida dos buracos negros”, disse Thomas Callister, coautor e professor assistente no Williams College. “Ensinam-nos que alguns buracos negros não existem apenas como parceiros isolados, mas provavelmente como membros de uma multidão densa e dinâmica. No futuro, a esperança é que estes eventos e outras observações nos ensinem cada vez mais sobre os ambientes astrofísicos que acolhem estas populações”.

A precisão com que GW241011 foi medida também permitiu que as previsões fundamentais da teoria da relatividade geral de Einstein fossem testadas em condições extremas. A equipa de investigação encontrou uma excelente concordância com a solução de Kerr e verificou a previsão de Einstein com uma precisão sem precedentes. A descoberta teve ainda outra aplicação – na física de partículas. A observação de que o buraco negro massivo do sistema binário que produziu GW241011 continua a girar rapidamente, mesmo milhões ou milhares de milhões de anos após a sua formação, exclui uma vasta gama de massas de bosões ultraleves previstas por algumas extensões do Modelo Padrão da física de partículas.

// Colaboração Científica LIGO (comunicado de imprensa)
// LIGO – Caltech (comunicado de imprensa)
// Virgo (comunicado de imprensa)
// EGO (comunicado de imprensa)
// OzGrav (comunicado de imprensa)
// Caltech (comunicado de imprensa)
// Sociedade Max Planck (comunicado de imprensa)
// Universidade Northwestern (comunicado de imprensa)
// Universidade do Nevada em Las Vegas (comunicado de imprensa)
// Universidade de Columbia Britânica (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Saiba mais:

GW241011 e GW241110:
Página da deteção (Colaboração Científica LIGO)
Sumário científico (Colaboração Científica LIGO)
Dados de GW241011 (GWOSC)
Dados de GW241110 (GWOSC)

Buraco negro binário:
Wikipedia

Ondas gravitacionais:
GraceDB (Gravitational Wave Candidate Event Database)
Wikipedia
Astronomia de ondas gravitacionais – Wikipedia
Ondas gravitacionais: como distorcem o espaço – Universe Today
Detetores: como funcionam – Universe Today
As fontes de ondas gravitacionais – Universe Today
O que é uma onda gravitacional (YouTube)

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory):
Página oficial
Caltech
Advanced LIGO
Wikipedia

Virgo:
EGO
Wikipedia

KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detetor):
Página oficial
Wikipedia