Ondas gravitacionais da colisão de buracos negros gigantes revelam o tão procurado 'toque'

Os pesquisadores encontram as réplicas da assinatura da fusão massiva escondidas nos dados de 2019 dos detectores LIGO e Virgo.

A fusão de buracos negros cria ondas gravitacionais que podem ser detectadas na Terra (simulação de computador). Crédito: Projeto SXS (Simulando eXtreme Spacetimes)

A maior fusão de buracos negros já detectada pareceu produzir um buraco negro com 150 vezes a massa do Sol, desafiando algumas teorias aceitas. Os investigadores dizem agora que encontraram, pela primeira vez, evidências das tão procuradas vibrações produzidas pelo buraco negro resultante à medida que este se instalava numa forma esférica.

As descobertas fornecem um teste novo e rigoroso para a teoria da relatividade geral de Albert Einstein – a teoria da gravidade que faz previsões detalhadas sobre buracos negros e ondas gravitacionais – diz Steven Giddings, físico teórico da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara. “Estamos realmente explorando uma nova fronteira aqui.”

O físico Badri Krishnan, um dos autores do estudo, diz que trabalhou nesse tipo de análise como uma possibilidade teórica no início de sua carreira. “Na altura, nunca pensei que veria tal medição durante a minha vida”, diz Krishnan, que está agora na Universidade Radboud, na Holanda. Os resultados 1 foram publicados na semana passada na Physical Review Letters .

Nos anos desde o surgimento da astronomia de ondas gravitacionais em 2015, a detecção de buracos negros em fusão tornou-se uma ocorrência rotineira. Os detectores gêmeos do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser (LIGO), no estado de Washington e na Louisiana, estão agora detectando essas fusões mais de uma vez por semana, em média.

Dados do LIGO e do pequeno observatório Virgo, perto de Pisa, Itália, mostram tipicamente a assinatura de ondas gravitacionais de dois objetos massivos que espiralam um no outro até se fundirem. A frequência destas órbitas, e como essa frequência aumenta com o tempo até ao instante da fusão, revela as massas dos dois objetos e do único buraco negro que resulta da sua fusão. De modo geral, quanto mais massivos os objetos, mais longas serão suas órbitas no momento da fusão e menor será a frequência de suas ondas gravitacionais.

Evento de destaque

Mas entre as dezenas de eventos deste tipo detectados até agora, GW190521 — nomeado após a data da sua descoberta, 21 de maio de 2019 — destacou-se. A sua frequência de fusão era tão baixa que o sistema entrou na faixa de sensibilidade do LIGO e do Virgo apenas durante as suas duas últimas órbitas.

Krishnan e os seus colegas, que não são afiliados à colaboração LIGO-Virgo, queriam ver se as ondas gravitacionais desse evento poderiam transportar informações não apenas do momento anterior à fusão, mas também dos momentos imediatamente seguintes. No instante em que dois buracos negros se fundem, o buraco negro resultante tem uma forma torta. Mas os buracos negros são estáveis ​​apenas quando são esféricos (ou esferoidais, se estiverem girando rapidamente). Em milissegundos, eles assumem uma forma simétrica e de menor energia.

Da mesma forma que um sino toca com frequências específicas determinadas pela sua forma, o buraco negro estabilizador “toca para baixo” e irradia ondas gravitacionais com frequências determinadas pela sua massa e rotação, diz Krishnan. Medir as frequências circulares fornece uma alternativa à medição das frequências espirais quando se trata de estimar as propriedades do buraco negro.

Krishnan e seus colegas reanalisaram os dados do evento GW190521 em busca de evidências do toque. Eles encontraram duas frequências de ringdown separadas, que juntas colocam o buraco negro resultante em cerca de 250 massas solares - muito mais pesado do que sugeria a análise original da equipe LIGO-Virgo.

Fonte: nature.com