As origens dos buracos negros binários podem estar escondidas em seus giros, sugere estudo

Em um estudo recente publicado na Astronomy and Astrophysical Letters, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) usou vários modelos de computador para examinar 69 buracos negros binários confirmados para ajudar a determinar sua origem e descobriu que seus resultados de dados foram alterados com base no modelo. configurações.

(Mark Garlick/Biblioteca de fotos científicas/Getty Images) 

Essencialmente, a entrada alterou consistentemente a saída, e os pesquisadores desejam entender melhor como e por que isso ocorre e quais etapas podem ser tomadas para obter resultados mais consistentes.

“Quando você muda o modelo e o torna mais flexível ou faz suposições diferentes, obtém uma resposta diferente sobre como os buracos negros se formaram no universo”, disse Sylvia Biscoveanu, estudante de pós-graduação do MIT que trabalha no Laboratório LIGO e coautora de o estudo, disse em um comunicado.

“Mostramos que as pessoas precisam ter cuidado porque ainda não estamos no estágio com nossos dados em que podemos acreditar no que o modelo nos diz”.

Como as estrelas binárias, os buracos negros binários são dois objetos massivos orbitando um ao outro, ambos tendo a capacidade de potencialmente colidir – ou se fundir – juntos, com outra característica compartilhada sendo que os buracos negros às vezes nascem do colapso de estrelas massivas moribundas, também conhecidas como uma supernova.

Mas como os buracos negros binários se originaram permanece um mistério, pois existem duas hipóteses atuais sobre sua formação: “evolução binária de campo” e “montagem dinâmica”.

A evolução binária de campo envolve quando um par de estrelas binárias explode, resultando em dois buracos negros em seu lugar, que continuam orbitando um ao outro como antes. Uma vez que inicialmente orbitavam uma à outra como estrelas binárias, acredita-se que suas rotações e inclinações também deveriam estar alinhadas.

Os cientistas também levantam a hipótese de que seus giros alinhados indicam que eles se originaram de um disco galáctico, dado seu ambiente relativamente pacífico. A montagem dinâmica envolve quando dois buracos negros individuais, cada um com sua própria inclinação e rotação únicas, são eventualmente reunidos por processos astrofísicos extremos, para formar seu próprio sistema binário de buracos negros.

Atualmente, existe a hipótese de que esse emparelhamento provavelmente aconteceria em um ambiente denso, como um aglomerado globular, onde milhares de estrelas próximas poderiam forçar a união de dois buracos negros.

A verdadeira questão é: que fração de buracos negros binários se originam de cada método respectivo? Os astrônomos acreditam que esta resposta está nos dados, especificamente nas medições de rotação do buraco negro. Usando os 69 buracos negros binários confirmados, os astrônomos determinaram que esses objetos massivos podem se originar de aglomerados globulares e discos galácticos.

O Laboratório LIGO nos Estados Unidos trabalhou com seu homólogo italiano, Virgo, para determinar os spins (períodos rotacionais) dos 69 buracos negros binários confirmados. Mas queríamos saber se temos dados suficientes para fazer essa distinção?” disse Biscoveanu. “E acontece que as coisas estão confusas e incertas, e é mais difícil do que parece.” 

Para o estudo, os pesquisadores ajustaram continuamente uma série de modelos de computador para verificar se seus resultados concordavam com as previsões de cada modelo.

Um desses modelos foi configurado para assumir que apenas uma fração dos buracos negros binários foram produzidos com spins alinhados, onde o restante tem spins aleatórios. Outro modelo foi configurado para prever uma orientação de rotação moderadamente contrastante.

No final, suas descobertas indicaram que os resultados mudaram consistentemente de acordo com os modelos ajustados.

Essencialmente, os resultados foram consistentemente alterados com base nos ajustes do modelo, o que significa que provavelmente são necessários mais dados do que os 69 buracos negros binários confirmados para obter resultados mais consistentes.

“Nosso artigo mostra que seu resultado depende inteiramente de como você modela sua astrofísica, e não dos dados em si”, disse Biscoveanu.

“Precisamos de mais dados do que pensávamos, se quisermos fazer uma afirmação independente das suposições astrofísicas que fazemos”, disse Salvatore Vitale, professor associado de física, membro do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial. no MIT e principal autor do estudo.

Mas quanto mais dados os astrônomos precisarão? Vitale estima que a rede LIGO será capaz de detectar um novo buraco negro binário a cada poucos dias, assim que a rede retornar ao serviço no início de 2023.

“As medições dos giros que temos agora são muito incertas”, disse Vitale.

“Mas, à medida que construímos muitos deles, podemos obter informações melhores. Então, podemos dizer, não importa o detalhe do meu modelo, os dados sempre me contam a mesma história – uma história em que poderíamos acreditar.”

Fonte: sciencealert.com