"Família" de buracos negros e estrelas de nêutrons em fusão é detectada

Um grupo internacional de astrônomos conseguiu analisar o que parece ser uma verdadeira família de buracos negros e estrelas de nêutrons através de sinais de ondas gravitacionais detectadas em conjunto. Três artigos relacionados à descoberta foram publicados, trazendo o mais detalhado levantamento sobre esse tipo de sistemas já realizado e oferecendo novas pistas sobre a formação desse tipo de objetos.

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Para essa pesquisa, o grupo, formado por cientistas do LIGO Scientific Collaboration (LSC) e do Virgo Collaboration, analisou os dados da terceira “rodada” de observação dos sinais de ondas gravitacionais, chamada O3a. Essas observações são realizados pelo próprio LIGO, um observatório projetado para detectar esses sinais. Os resultados estão disponíveis no arxiv.org e já foram submetidos para revisão de pares e uma eventual publicação em periódicos científicos.

Durante as observações da O3a, já foram observados 39 novos candidatos à detecção de ondas gravitacionais que passaram nos testes que visam determinar se os sinais são realmente provenientes de tais ondas cósmicas. E ondas gravitacionais são, essencialmente, um fenômeno causado pelas interações de objetos altamente massivos, como estrelas de nêutrons e buracos negros. Quando uma colisão entre objetos desse porte acontece, por exemplo, as ondas gravitacionais se espalham pelo universo, e podem eventualmente ser detectadas por instrumentos como o LIGO. E foi exatamente isso o que aconteceu: a família de buracos negros e estrelas de nêutrons está passando por uma série de colisões, o que gerou os 39 sinais.

Essas observações podem acabar sendo essenciais para mistérios como o modo que as estrelas binárias interagem, e isso pode trazer aos cientistas uma nova visão sobre toda a astronomia. "A astronomia de ondas gravitacionais é revolucionária — revelando-nos a vida oculta de buracos negros e estrelas de nêutrons", disse Christopher Berry, membro do LSC e autor dos artigos. "Em apenas cinco anos, deixamos de desconhecer a existência de buracos negros binários e passamos a ter um catálogo com mais de 40”, afirmou, mostrando a importância desse tipo de detecção.

Berry explicou que a O3a, que é na verdade apenas a primeira metade da terceira “rodada” de observação de ondas gravitacionais, “resultou em mais descobertas do que nunca” e fornece uma “bela imagem da rica variedade do universo de binários”. Esses dados ajudaram a equipe de Berry a inferir as propriedades dos buracos negros e estrelas de nêutrons binárias detectados e também a fornecer uma interpretação astrofísica dessas descobertas.

Para se ter uma ideia do tamanho e da importância dessa série de 39 detecções, tenha em mente que a primeira “rodada” teve três detecções de ondas gravitacionais, enquanto a segunda teve oito. Naquelas ocasiões, foi encontrado o primeiro buraco negro de massa intermediária, o objeto GW190521. Se com tão poucas detecções algo tão importante foi descoberto, as novas observações têm, juntas, muito potencial de resultar em grandes estudos.

Em um dos artigos, os pesquisadores trouxeram a distribuição de massa e o spin (taxa de rotação) do grupo de buracos negros e estimaram a taxa de fusão de estrelas de nêutrons binárias. Os resultados ajudarão os cientistas a compreender os mecanismos cósmicos que impulsionam a formação desses sistemas binários e objetos. Por exemplo, os estudos mostraram que o spin dos buracos negros podem estar desalinhados, o que significa que pode haver várias maneiras de buracos negros binários se formarem.

Além disso, os pesquisadores usou o conjunto de detecções para combinar todas elas e realizar um teste da relatividade geral de Einstein, já que as fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons são ótimas para testar as implicações das teorias do físico alemão na gravidade. O resultado: a relatividade geral foi mais uma vez comprovada.

Essas pesquisas ainda podem trazer muitas novidades para a astrofísica. Nas palavras de Fishbach, um pesquisador membro do LSC: "Até agora, a terceira série de observações do LIGO e Virgo rendeu muitas surpresas. Após a segunda execução de observação, pensei que tínhamos visto todo o espectro de buracos negros binários, mas a paisagem dos buracos negros é muito mais rica e variada do que eu imaginava. Estou animado para ver o que as observações futuras nos mostrarão".

Os detectores LIGO e Virgo concluíram a terceira rodada de observações em março deste ano, mas os dados analisados ​​nesses três artigos foram coletados de 1º de abril de 2019 a 1º de outubro de 2019. Agora, os cientistas estão prontos para analisar os dados da segunda metade das detecções, chamada O3b. As expectativas para novas descobertas não poderiam ser mais animadoras!