Cientistas descobrem novas provas da existência de buracos negros de massa intermédia

No mundo dos buracos negros, existem geralmente três categorias de tamanho: buracos negros de massa estelar (cerca de cinco a 50 vezes a massa do Sol), buracos negros supermassivos (milhões a milhares de milhões de vezes a massa do Sol) e buracos negros de massa intermédia, com massas algures no meio.

Impressão de artista de dois buracos negros prestes a colidirem. Crédito: Mark Myers, OzGrav

Embora saibamos que os buracos negros de massa intermédia devem existir, pouco se sabe sobre as suas origens ou características - são considerados os raros "elos perdidos" na evolução dos buracos negros.

No entanto, quatro novos estudos lançaram uma nova luz sobre este mistério. A investigação foi realizada por uma equipa do laboratório do professor assistente de física e astronomia Karan Jani da Universidade Vanderbilt, nos EUA.

O artigo principal foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. A equipa reanalisou dados dos detetores do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), nos EUA, e do detetor Virgo, em Itália.

Os investigadores descobriram que estas ondas correspondiam a fusões de buracos negros com mais de 100 a 300 vezes a massa do Sol, o que os torna os eventos de ondas gravitacionais mais pesados registados na astronomia.

"Os buracos negros são os derradeiros fósseis cósmicos", disse Jani. "As massas dos buracos negros registadas nesta nova análise têm permanecido altamente especulativas na astronomia. Esta nova população de buracos negros abre uma janela sem precedentes para as primeiras estrelas que iluminaram o nosso Universo".

Os detetores terrestres como o LIGO captam apenas uma fração de segundo da colisão final destes buracos negros "leves" de massa intermédia, o que torna difícil determinar como o Universo os cria. Para resolver este problema, o laboratório de Jani voltou-se para a missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna) da ESA e da NASA, que será lançada na segunda metade da década de 2030.

Em dois estudos adicionais publicados na revista The Astrophysical Journal, a equipa demonstrou que a missão LISA pode localizar estes buracos negros anos antes de se fundirem, lançando luz sobre a sua origem, evolução e destino.

Detetar ondas gravitacionais de colisões de buracos negros requer uma precisão extrema - como tentar ouvir um alfinete a cair durante um furacão. Num quarto estudo também publicado na revista The Astrophysical Journal, a equipa mostrou como os modelos de inteligência artificial garantem que os sinais destes buracos negros não são corrompidos pelo ruído ambiental e pelo ruído do detetor.

"Esperamos que esta investigação fortaleça o caso dos buracos negros de massa intermédia como a fonte mais excitante em toda a rede de detetores de ondas gravitacionais, da Terra ao espaço", disse Krystal Ruiz-Rocha, candidata a doutoramento em astrofísica e autora principal do primeiro estudo. "Cada nova deteção aproxima-nos da compreensão da origem destes buracos negros e da razão pela qual se enquadram nesta misteriosa gama de massas".

Anjali Yelikar, pós-doutorado e coautor do primeiro estudo, disse que a equipa vai explorar a forma como os buracos negros de massa intermédia podem ser observados utilizando detetores na Lua.

"O acesso a frequências mais baixas de ondas gravitacionais, a partir da superfície lunar, pode permitir-nos identificar os ambientes em que estes buracos negros vivem - algo que os detetores terrestres simplesmente não conseguem resolver", disse.

Para além de continuar esta investigação, Jani irá também trabalhar num estudo patrocinado pela NASA para identificar destinos lunares de elevado valor para a exploração humana, a fim de cumprir os objetivos científicos a nível decenal.

"Este é um momento emocionante da história - não apenas para estudar buracos negros, mas para juntar as fronteiras científicas à nova era da exploração espacial e lunar", disse Jani. "Temos uma rara oportunidade de formar a próxima geração de estudantes cujas descobertas serão moldadas pela Lua e feitas a partir de lá".

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