Prováveis ​​origens da colisão de buraco negro com trajetória orbital 'esmagada' são reveladas

Cientistas começaram a desvendar a história da origem de uma colisão cataclísmica entre dois buracos negros, que parecem ter encontrado seu destino em uma trajetória orbital "esmagada" raramente observada.

"Detectar a excentricidade com segurança é crucial para identificar como os buracos negros binários que vemos com ondas gravitacionais estão se formando", explica a Dra. Isobel Romero-Shaw. Crédito: Universidade de Cardiff 

O evento de fusão de buracos negros binários é um dos poucos detectados pelos detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO) nos EUA e seu equivalente italiano Virgo, com evidências de excentricidade detectável — um formato orbital mais oval do que circular próximo ao momento de sua fusão.

A equipe internacional usou simulações de três possíveis cenários de formação para o evento, conhecido como GW200208_222617, concluindo que ele provavelmente se formou em um sistema estelar de três corpos ou outro sistema densamente povoado, como um aglomerado de estrelas.

Suas descobertas , apresentadas na Physical Review D , podem ajudar os cientistas a refinar suas técnicas para identificar as origens evolutivas de buracos negros binários no universo observável, revelando mais sobre os ambientes nos quais esses binários se encontram e se fundem.

A autora principal, Dra. Isobel Romero-Shaw, que recentemente se juntou ao Instituto de Exploração Gravitacional da Universidade de Cardiff após realizar a pesquisa na Universidade de Bristol e na Universidade de Cambridge, disse: "Detectar a excentricidade com confiança é crucial para identificar como os buracos negros binários que vemos com ondas gravitacionais estão se formando.

"A maioria dos binários que convivem há muito tempo terá órbitas circulares . Se a órbita for achatada, ou excêntrica, significa que o binário se uniu há relativamente pouco tempo — talvez os componentes tenham se encontrado recentemente — ou a órbita foi levada a uma excentricidade maior por meio de interações com matéria externa, como gás ou um terceiro objeto.

"Ao comparar as propriedades de GW200208_222617 com previsões de simulações de buracos negros binários evoluindo em triplos de campo, aglomerados estelares densos e núcleos galácticos ativos , descobrimos que é muito mais provável que ele tenha se formado em um triplo de campo ou aglomerado denso do que em um núcleo galáctico ativo."

O evento, detectado como parte da terceira execução observacional da Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, foi identificado por vários grupos diferentes usando diferentes técnicas de análise como contendo evidências de excentricidade orbital detectável.

Ao analisar suas outras propriedades e compará-las com previsões para vários canais de formação, a equipe começou a restringir como esse binário — e, portanto, muitos outros na população detectada — provavelmente se formou.

"A excentricidade é uma evidência irrefutável de que um binário não se formou em isolamento total – se evoluiu por conta própria, não retém excentricidade detectável quando observado com nossos instrumentos atuais", explica o Dr. Romero-Shaw, que faz parte da coorte de 2025 selecionada para as bolsas Ernest Rutherford do Science and Technology Facilities Council.

Portanto, embora ainda não possamos identificar exatamente qual canal produziu essa fusão, estamos confiantes de que, se for de fato excêntrico, não se formou isoladamente. E isso começa a restringir nossas opções. Isso tem implicações para o restante da população, porque apenas uma pequena fração dos buracos negros binários de cada um desses canais será detectavelmente excêntrico.

"Isso significa que, se um único evento excêntrico for detectado com segurança, muitos outros buracos negros binários que vimos provavelmente também evoluíram pelo mesmo canal de formação. Por exemplo, se GW200208_222617 de fato se formou em um aglomerado denso, então entre 7% e 100% do restante da população se formou em um ambiente de aglomerado denso."

A equipe espera que seu estudo motive modeladores de formas de ondas gravitacionais a desenvolver modelos mais avançados, para que detecções mais confiáveis ​​de excentricidade possam ser alcançadas e as origens evolutivas desses tipos de buracos negros binários possam ser confirmadas.

Phys.org