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Três buracos negros próximos poderiam colidir? Sim, mas depende. Entenda!

Por| Editado por Patricia Gnipper | 20 de Outubro de 2021 às 18h10

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NASA/Dana Berry
NASA/Dana Berry

A existência de buracos negros supermassivos desafia a ciência, porque ainda não foi encontrada uma teoria que explique satisfatoriamente como eles se tornaram tão grandes em pouco tempo, quando o universo ainda era jovem. Um novo estudo, no entanto, sugere que eles podem ser o resultado da colisão de muitos buracos negros de alguns milhões de massas solares. De quebra, os resultados podem ajudar a resolver algo conhecido como "problema do parsec final".

O estudo foi a defesa da tese de doutorado do pesquisador holandês Arend Moerman, da Universidade de Leiden, Holanda. Ele usou simulações para demonstrar como buracos negros massivos podem colidir fácil e rapidamente, dadas as devidas condições. Embora não seja o objetivo do estudo solucionar o problema da origem de buracos negros supermassivos, a abordagem pode ser útil nesse sentido.

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Em seu trabalho, Moerman propõe uma solução para o "problema dos três corpos", que consiste em uma situação hipotética em que três objetos celestes estão atraídos mutuamente pela gravidade. Se todos os três tiverem tamanho e distância comparáveis ao ponto central, uma "luta" é travada para decidir qual será o principal, o que resulta em um sistema caótico e difícil de prever — ao contrário de sistemas binários, isto é, formado por dois corpos, que é geralmente bem previsível.

Para resolver esse problema, proposto em 1747, Moerman passou um ano estudando as interações e colisões dinâmicas entre três buracos negros imaginários. Uma vez que a matemática "tradicional" não pode resolver esse paradoxo, ele usou um computador que calcula o que acontece por um curto período de tempo entre os objetos modelados. Então, Moerman usa o resultado obtido como condições iniciais para uma nova simulação, e assim por diante.

Além disso, o então estudante de doutorado e seus colegas alternaram as massas dos buracos negros e aplicaram um ingrediente fundamental: a Relatividade Geral. Assim, eles descobriram que buracos negros mais leves do que dez milhões de massas solares ejetam-se uns aos outros por meio de um estilingue gravitacional. No entanto, quando os três buracos negros estão acima de dez milhões de massas solares, o resultado é uma fusão.

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Nesse último caso, dois buracos negros se fundem, enquanto o terceiro leva um certo tempo para ter o mesmo destino. Isso ocorre porque eles perdem energia cinética ao emitir ondas gravitacionais. Esse resultado é muito interessante para os físicos teóricos porque há tempos eles tentam descobrir se buracos negros supermassivos de galáxias em colisão podem ou não se fundir. Isso é conhecido como paradoxo do parsec final e é um dos motivos pelos quais os buracos negros supermassivos podem não ter surgido da colisão de muitos buracos negros menores.

Aparentemente, buracos negros supermassivos centrais das galáxias não se aproximam o suficiente, mesmo quando suas galáxias hospedeiras se fundem. Simulações anteriores mostraram que, para ocorrer a fusão entre os buracos negros seria necessária uma aproximação de 633 unidades astronômicas (isso é bem menos que o raio do Sistema Solar). Antes que cheguem tão perto um do outro, as chances de se ejetarem em um estilingue gravitacional são altas.

De acordo com as novas simulações de Moerman, todos os sistemas entre dez milhões e um bilhão de massas solares terminam "prematuramente em uma fusão". Isso significa que seu método pode ser um caminho interessante para resolver o parsec final — mas não é a solução por si. A tese de doutorado de Moerman recebeu a nota máxima e será publicada na revista Physical Review D.

Fonte: Phys.org