'Buraco negro oscilante' exemplo mais extremo já detectado

Pesquisadores da Universidade de Cardiff identificaram um movimento peculiar de torção nas órbitas de dois buracos negros em colisão, um fenômeno exótico previsto pela teoria da gravidade de Einstein. 

Seu estudo, publicado na Nature e liderado pelo professor Mark Hannam, Dr. Charlie Hoy e Dr. Jonathan Thompson, relata que esta é a primeira vez que esse efeito, conhecido como precessão, foi visto em buracos negros, onde a torção é 10 bilhões de vezes mais rápido do que em observações anteriores. 

O sistema binário de buracos negros foi encontrado através de ondas gravitacionais no início de 2020 nos detectores Advanced LIGO e Virgo. Um dos buracos negros, 40 vezes maior que o nosso Sol, é provavelmente o buraco negro de rotação mais rápida encontrado através de ondas gravitacionais. E, ao contrário de todas as observações anteriores, o buraco negro girando rapidamente distorceu tanto o espaço e o tempo que toda a órbita do binário oscilou para frente e para trás. 

Essa forma de precessão é específica da teoria da relatividade geral de Einstein. Esses resultados confirmam sua existência no evento físico mais extremo que podemos observar, a colisão de dois buracos negros. 

“Sempre pensamos que os buracos negros binários podem fazer isso”, disse o professor Mark Hannam, do Gravity Exploration Institute da Universidade de Cardiff. “Esperamos encontrar um exemplo desde as primeiras detecções de ondas gravitacionais. Tivemos que esperar cinco anos e mais de 80 detecções separadas, mas finalmente temos uma!” 

Um exemplo mais realista de precessão é a oscilação de um pião, que pode oscilar – ou precessão – uma vez a cada poucos segundos. Em contraste, a precessão na relatividade geral é geralmente um efeito tão fraco que é imperceptível. No exemplo mais rápido medido anteriormente a partir de estrelas de nêutrons em órbita chamadas pulsares binários, levou mais de 75 anos para a órbita entrar em precessão. 

O binário do buraco negro neste estudo, coloquialmente conhecido como GW200129 (nomeado após a data em que foi observado, 29 de janeiro de 2020), precede várias vezes a cada segundo – um efeito 10 bilhões de vezes mais forte do que o medido anteriormente. 

Dr. Jonathan Thompson, também da Universidade de Cardiff, explicou: “É um efeito muito difícil de identificar. As ondas gravitacionais são extremamente fracas e detectá-las requer o aparelho de medição mais sensível da história. A precessão é um efeito ainda mais fraco enterrado dentro do já sinal fraco, então tivemos que fazer uma análise cuidadosa para descobri-lo.” 

As ondas gravitacionais foram previstas por Einstein em 1916. Elas foram detectadas diretamente pela primeira vez a partir da fusão de dois buracos negros pelos instrumentos Advanced LIGO em 2015, uma descoberta inovadora que levou ao Prêmio Nobel de 2017. A astronomia de ondas gravitacionais é agora um dos campos mais vibrantes da ciência, com uma rede de detectores avançados LIGO, Virgo e KAGRA operando nos EUA, Europa e Japão. Até o momento, houve mais de 80 detecções, todas de fusão de buracos negros ou estrelas de nêutrons. 

“Até agora, a maioria dos buracos negros que encontramos com ondas gravitacionais tem girado bem devagar”, disse o Dr. Charlie Hoy, pesquisador da Universidade de Cardiff durante este estudo, e agora da Universidade de Portsmouth. “O buraco negro maior neste binário, que era cerca de 40 vezes mais massivo que o Sol, estava girando quase tão rápido quanto fisicamente possível. 

Nossos modelos atuais de como os binários se formam sugerem que este era extremamente raro, talvez um em mil eventos. Ou pode ser um sinal de que nossos modelos precisam mudar.” 

A rede internacional de detectores de ondas gravitacionais está atualmente sendo atualizada e começará sua próxima busca no universo em 2023. Eles provavelmente encontrarão centenas de outros buracos negros colidindo e dirão aos cientistas se GW200129 foi uma rara exceção ou um sinal de que nosso universo é ainda mais estranho do que eles pensavam.

Fonte: phys.org