Cientistas detectam o ecos de um buraco negro recém-nascido pela primeira vez

Físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) "ouviram" pela primeira vez o zunido ecoante de um buraco negro recém formado, resultado da colisão de dois buracos negros massivos, e acabaram comprovando mais uma vez uma teoria de Albert Einstein. É que o físico alemão previu que esse evento de colisão entre dois buracos negros massivos deveria zunir, produzindo ondas gravitacionais parecidas com as geradas na reverberação de um sino.

A descoberta foi publicada nesta quarta-feira (11) no Physical Review Letters. No estudo, os cientistas confirmaram a ideia de que os buracos negros não possuem nenhum “cabelo”. É que, segundo a teoria de Einstein, buracos negros devem apresentar apenas três propriedades observáveis: massa, rotação e carga elétrica. Qualquer outra coisa além disso deve ser engolida pelo próprio buraco negro. Essas outras características foram apelidadas pelo físico John Wheeler de “cabelo” no que foi chamado de "Teorema da Calvície".

Os pesquisadores identificaram o padrão do zunido do buraco negro e, usando as equações de Einstein, calcularam a massa e a rotação que o buraco negro deveria ter, levando em conta o padrão das ondas. Os cálculos correspondem com as medições da massa e da rotação do buraco negro feitas anteriormente por outros cientistas. Isso significa que o padrão do zunido produzido pelo objeto é uma assinatura direta de sua massa e rotação, e nada mais; ou seja, mais uma vez, Einstein estava certo: nada de “cabelos”.

“Todos esperamos que a relatividade geral esteja correta, mas esta é a primeira vez que a confirmamos dessa maneira”, disse o principal autor do estudo, Maximiliano Isi, do MIT. “Esta é a primeira medição experimental que obteve sucesso em testar diretamente o teorema da calvície. Não significa que buracos negros não podem ter cabelo. Significa que a ideia dos buracos negros sem cabelo sobrevive por mais um dia”.

Como tudo começou

Foi 14 de setembro de 2015 que os cientistas fizeram a primeira detecção de ondas gravitacionais, através do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO). Essa detecção foi anunciada no ano seguinte e foi chamada de GW150914, e os sinais representam um sistema de dois buracos negros de 36 e 29 massas solares girando um em torno do outro até se fundirem e formarem um buraco negro de 62 massas solares. Você notou que a soma da massa dos dois objetos parece errada no resultante final? É que algo equivalente a 3 massas solares foi convertido em energia e liberado na forma de ondas gravitacionais. Uma parcela ínfima conseguiu chegar à Terra, e por isso sabemos um pouco sobre o que aconteceu.

Os cientistas eliminaram o ruído, ampliaram o sinal e observaram uma forma de onda que aumentou rapidamente antes de desaparecer. Quando eles traduziram o sinal em som, eles ouviram o “pop”.

Na época, os cientistas assumiram que a assinatura da onda era fraca demais para decifrar algo mais. No entanto, Isi e seus colegas encontraram em seu novo estudo uma maneira de extrair a reverberação do buraco negro nos momentos imediatamente após o pico do sinal. Em um trabalho anterior liderado pelo co-autor do novo estudo, Matthew Giesler, a equipe mostrou através de simulações que esse sinal — particularmente a parte logo após o pico — contém um grupo de tons altos e de curta duração. Quando eles analisaram o sinal novamente, levando em consideração as conotações, descobriram que podiam isolar um padrão de toque específico de um buraco negro recém-formado.

Agora, os pesquisadores aplicaram essa técnica aos dados reais da detecção GW150914, concentrando-se nos últimos milissegundos do sinal, imediatamente após o pico do “pop”, e conseguiram identificar dois tons distintos, cada um com uma taxa de afinação e decaimento. "Detectamos um sinal de onda gravitacional geral composto de várias frequências, que decaem em taxas diferentes, como os diferentes tons que compõem um som", diz Isi. "Cada frequência ou tom corresponde a uma frequência vibracional do novo buraco negro."

O resultado é bastante animador para os cientistas, porque antes eles assumiam que esse zunido só poderia ser detectado dentro de uma extremidade muito mais fraca do sinal da onda gravitacional, e com instrumentos muito mais sensíveis do que os disponíveis atualmente. "Isso é empolgante para a comunidade, porque mostra que esse tipo de estudo é possível agora, não só daqui a 20 anos", diz Isi. 

Fontes: Canaltech

Phys.org