Receita de estrela tripla para buracos negros de massa estelar superdimensionada
Estrelas triplas podem ser a origem dos buracos negros estelares extra-massivos descobertos por detectores de ondas gravitacionais.
Escolha qualquer estrela no céu e há uma boa chance de que ela não esteja sozinha. As estrelas gostam de companhia e muitas compartilham seu cantinho do cosmos com outras pessoas. Não é incomum ter duas, três ou até mais estrelas dançando em volta uma da outra em uma valsa gravitacional complexa. Essas estrelas múltiplas não são fáceis de localizar sem prática, mas você não precisa procurar muito para encontrar uma: Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo do Sol, é um triplo.
Estrelas triplas vivem à sombra de seus famosos primos binários. Mas, de vez em quando, os triplos se encontram sob os holofotes. Por exemplo, os sistemas estelares triplos às vezes abrigam exoplanetas e podem servir como laboratórios únicos para testar os limites da teoria da gravidade de Einstein.
E, mais recentemente, os cientistas estão começando a suspeitar que triplos podem até estar ligados a ondas gravitacionais de fusões de buracos negros.
Estrelas triplas para explicar a
lacuna de massa do buraco negro
Imagine duas estrelas massivas em um sistema binário eventualmente explodindo como supernovas, deixando para trás um sistema com dois buracos negros. Ao longo de eras, esses buracos negros irão lentamente espiralar um em direção ao outro até que finalmente colidam e se fundam, produzindo um sinal de onda gravitacional curto, mas forte. Desde 2015, os detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo confirmaram inúmeros “chilros” dessas fusões de buracos negros binários.
Esta amostra formidável e crescente contém eventos em que um ou ambos os buracos negros pré-fusão são tão massivos que desafiam os modelos teóricos padrão. Uma estrela em colapso não deveria ser capaz de produzir um buraco negro entre cerca de 50 e 130 massas solares, mas vários buracos negros detectados chegam muito perto ou mesmo ultrapassam o limite inferior desta chamada lacuna de massa.
E em um artigo publicado em julho passado no The Astrophysical Journal Letters , uma equipe de cientistas propôs que estrelas triplas poderiam resolver esse enigma.
"Sabemos que triplos, mesmo quadrupolos e múltiplos de ordem superior, são comuns", diz Silvia Toonen, especialista em estrelas triplas da Universidade de Amsterdã e co-autora do estudo. "Sua abundância e o progresso que está acontecendo no campo de ondas gravitacionais no momento são as principais motivações para realmente estudá-los."
Agora imagine um sistema triplo típico, onde um par interno de estrelas binárias é orbitado por uma terceira estrela mais distante. Uma vez que todas essas três estrelas se tornem buracos negros - desde que sejam massivas o suficiente - você tem um sistema de buraco negro triplo.
Com o tempo, os dois buracos negros internos se fundem, dando origem a um buraco negro cuja massa pode facilmente exceder o limite inferior da lacuna de massa. Após outra longa espera, o buraco negro central combinado continuará a se fundir com o terceiro buraco negro mais distante no sistema, formando um produto final ainda mais massivo.
Mas se os astrônomos apenas pegarem ondas gravitacionais com essa
segunda fusão, eles permanecerão alheios à história turbulenta e mais
complicada do sistema. Portanto, a sequência de fusão de estrelas triplas
explica claramente por que a detecção recente de LIGO / Virgem detectou
colisões entre buracos negros que parecem muito grandes para se formarem a
partir de estrelas individuais.
Duplique a pesquisa de estrelas triplas
Estrelas triplas ainda são um jovem campo de estudo. Apesar do enorme
progresso na última década, os cientistas ainda não descobriram todos os
aspectos de seu comportamento.
Como as estrelas e suas órbitas evoluem depende muito de suas massas iniciais e arranjo orbital. O número de configurações possíveis é impressionante - e não ajuda que observações detalhadas de triplos ainda sejam esparsas.
"Queríamos entender se podemos obter triplos sem uma forte interação dinâmica que poderia formar buracos negros na lacuna de massa", diz Alejandro Vigna-Gómez, astrofísico do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhagen e principal autor do estudo . E trabalhando sob o pressuposto de uma interação simples, a equipe identificou vários cenários que poderiam levar de forma realista a uma massa estelar preta superdimensionada que mais tarde estaria envolvida em outra fusão.
Esses cenários também não são apenas hipotéticos não testáveis; eles preveem características características que os astrônomos podem procurar em dados de fusão. "Estamos procurando por fusões LIGO / Virgo com proporções de massa específicas dos buracos negros em fusão e altos valores de seu spin efetivo", diz Vigna-Gómez.
Na verdade, o cenário de fusão de três estrelas parece ser um modelo favorável para a fusão apelidada de GW170729 , cujos buracos negros pré-fusão pesavam aproximadamente 51 e 36 massas solares. (No entanto, o modelo deles não consegue explicar as propriedades de GW190521 , a fusão mais extrema detectada até agora. Este evento foi gerado pela colisão de dois buracos negros pesando aproximadamente 85 e 66 massas solares.)
O modelo de estrela tripla proposto pode não ser o único - nem o dominante - mecanismo para a produção de buracos negros estelares de alta massa. No entanto, o estudo prova que o modelo é uma alternativa viável a outros cenários possíveis, como um sistema binário capturando um buraco negro que passa perto demais. Portanto, argumentam os pesquisadores, o papel que as estrelas triplas podem desempenhar na formação de buracos negros extragrandes deve ser levado a sério.
"Ainda há muito mais para explorar. Começamos com aproximações simples e agora é a hora de adicionar mais", diz Toonen.
Fonte: Astronomy.com
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