Em torno de um buraco negro monstruoso, buracos negros menores colidem de maneiras estranhas

 Neste jogo celestial de "bilhar", reina o caos.

A representação de um artista de buracos negros estelares no disco de um buraco negro supermassivo. (Crédito da imagem: J. Samsing/Niels Bohr Institute)

Pegue três buracos negros e jogue-os no disco ao redor de um buraco negro supermassivo e as coisas ficam muito estranhas, muito rápidas. Essa é a conclusão de uma nova pesquisa que investiga um evento de onda gravitacional particularmente estranho que os cientistas observaram em maio de 2019 e ainda estão tentando entender. As ondas gravitacionais são as ondulações no espaço-tempo causadas, entre outros eventos dramáticos, pelas fusões de buracos negros.

 Mas essa observação em particular não combina com outras colisões que os cientistas capturaram: resultou em um buraco negro na faixa de tamanho médio que os cientistas mal conseguem ver, muito menos explicar, e alguma força estava esticando a dança tipicamente circular à medida que os gigantes se aproximavam um do outro. de outros. 

"O evento de onda gravitacional GW190521 é a descoberta mais surpreendente até hoje.  As massas e rotações dos buracos negros já eram surpreendentes, mas ainda mais surpreendente foi que eles pareciam não ter uma órbita circular que levava à fusão", disse Imre Bartos. físico da Universidade da Flórida e co-autor da nova pesquisa, disse em um comunicado . (Os astrônomos nomeiam os sinais de ondas gravitacionais com a data em que foram observados, então GW190521 marca uma onda gravitacional detectada em 21 de maio de 2019.) 

Na primeira análise do sinal estranho, os cientistas já suspeitavam que a fusão ocorreu em um bolsão de espaço rico em buracos negros. Os astrônomos conhecem dois tipos de buracos negros. Um, apelidado de buracos negros estelares, se forma a partir de estrelas moribundas e contém talvez uma dúzia de vezes a massa do nosso sol. Buracos negros supermassivos, em contraste, se escondem no centro de algumas galáxias (incluindo a nossa Via Láctea ) e podem conter milhões de vezes a massa de suas contrapartes insignificantes. 

O resultado da fusão de maio de 2019 parecia ser um buraco negro intermediário, uma categoria de tamanho que varia de talvez 100 a 1.000 vezes a massa do nosso sol. Os cientistas nunca haviam conseguido estudar e não conseguiam explicar como tal objeto poderia se formar. Em resposta à detecção , os astrônomos sugeriram que um dos buracos negros em colisão foi o resultado de uma colisão, empurrando o produto final para a misteriosa faixa intermediária de 142 vezes a massa do sol. 

Para obter duas colisões sequenciais, os astrônomos analisando primeiro GW190521 propuseram que o evento ocorreu perto do que os cientistas chamam de núcleo galáctico ativo – um buraco negro supermassivo particularmente dinâmico que ancora uma galáxia , onde buracos negros menores podem proliferar. 

A nova pesquisa apoia essa sugestão, abordando a situação de um ângulo diferente.

A representação de um artista de dois buracos negros estelares em um disco em torno de um buraco negro supermassivo.(Crédito da imagem: Caltech/R. Hurt (IPAC)) 

Esses cientistas queriam entender como os dois buracos negros não estavam realmente circulando um ao outro enquanto colidiam - em vez disso, suas órbitas eram excêntricas ou elípticas, mais ovais do que círculos. Isso também foi estranho: os astrônomos pensaram que as enormes forças gravitacionais envolvidas quando dois buracos negros estão colidindo deveriam ter forçado esses dois a seguir caminhos circulares. 

Então, os físicos por trás da nova pesquisa começaram a modelar colisões de buracos negros. E enquanto seus cálculos sugeriam que três buracos negros ao acaso provavelmente não resultariam em uma colisão excêntrica, algo mudou quando eles consideraram o ambiente de um núcleo galáctico ativo. 

Esse tipo de recurso também hospeda um disco de matéria ao redor do buraco negro supermassivo, como um modelo muito mais massivo do sistema solar . Onde o sistema solar tem planetas, um núcleo galáctico ativo tem buracos negros estelares espalhados por todo o disco no que a nova pesquisa identifica como essencialmente um sistema bidimensional. 

Sob essas condições, a probabilidade de uma fusão excêntrica nos modelos disparou – até 100 vezes, disse o coautor Johan Samsing, astrofísico do Instituto Niels Bohr, na Dinamarca, no comunicado. Nesse ritmo, talvez metade das fusões nos discos de núcleos galácticos ativos seria excêntrica e não circular, tornando a observação excepcional de maio de 2019 muito menos surpreendente. 

“Nesses ambientes, a velocidade e densidade típicas dos buracos negros são tão altas que buracos negros menores saltam como em um jogo gigante de bilhar e binários circulares largos não podem existir”, coautor Bence Kocsis, astrofísico da Universidade de Oxford. no Reino Unido, disse no comunicado. 

Os pesquisadores notaram que a probabilidade de fusões excêntricas em seu modelo varia de acordo com as características do disco ao redor do buraco negro supermassivo. Em seguida, eles disseram, é detectar cada vez mais colisões de buracos negros para analisar. 

A pesquisa é descrita em um artigo publicado quarta-feira (9 de março) na revista Nature.

Fonte: Space.com