Ondas gravitacionais denunciam buracos negros de tamanho nunca visto

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/09/2020

Os cientistas precisaram de mais de um ano para interpretar os sinais gravitacionais, indicando a fusão de um binário de buracos negros.
[Imagem: Mark Myers/OzGrav]

Ondulações do espaço-tempo

Produzidas por fenômenos astrofísicos extremos, o Universo volta e meia zumbe com a passagem de ondas gravitacionais. Ao se propagarem, essas reverberações sacodem o tecido do espaço-tempo, como o toque de um sino cósmico.

E pesquisadores acabam de detectar uma dessas badaladas que parece sinalizar o que pode ser a fusão de buracos negros mais massiva já observada em ondas gravitacionais. O produto da fusão está sendo considerada a primeira detecção clara de um buraco negro de "massa intermediária", com uma massa entre 100 e 1.000 vezes a do Sol.

O sinal, batizado de GW190521, foi detectado em 21 de maio de 2019, pelos observatórios LIGO, um par de interferômetros idênticos de 4 quilômetros, nos Estados Unidos, e Virgo, um detector de 3 quilômetros de comprimento na Itália.

Foram quatro pequenos "ecos" em sequência, durando menos de um décimo de segundo. Pelo que os pesquisadores podem dizer, o GW190521 foi gerado por uma fonte que está a cerca de 5 gigaparsecs de distância, quando o Universo tinha cerca de metade da sua idade, o que também torna o sinal uma das fontes de ondas gravitacionais mais distantes detectadas até agora.

Buraco negro binário

Desde 2019, as equipes vêm trabalhando com ferramentas computacionais e de modelagem para tentar entender o sinal, o que as levou a concluir que o GW190521 foi provavelmente gerado por uma fusão de um buraco negro binário - dois buracos negros espiralando um em volta do outro - com propriedades incomuns.

Quase todos os sinais de ondas gravitacionais confirmados até agora foram provenientes de uma fusão binária, seja entre dois buracos negros ou duas estrelas de nêutrons. Esta fusão mais recente parece ser a mais massiva até agora, envolvendo dois buracos negros com massas cerca de 85 e 66 vezes a massa do Sol.

O novo sinal provavelmente representa o instante em que os dois buracos negros se fundiram para formar um buraco negro ainda mais massivo, com cerca de 142 massas solares, liberando uma enorme quantidade de energia, equivalente a cerca de 8 massas solares, espalhada pelo Universo na forma de ondas gravitacionais.

Concepção artística ilustrando o processo de fusão dos buracos negros.
[Imagem: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)]

O hiato dos buracos negros

As massas excepcionalmente grandes dos dois buracos negros originais, bem como o buraco negro final, levantam uma série de questões sobre sua formação.

Todos os buracos negros observados até o momento se enquadram em uma de duas categorias: buracos negros de massa estelar, que medem desde algumas massas solares até dezenas de massas solares, que se acredita serem formados quando estrelas muito grandes morrem; ou buracos negros supermassivos, como aquele no centro da galáxia da Via Láctea, que variam de centenas de milhares a bilhões de vezes a massa do nosso Sol.

No entanto, o buraco negro final produzido pela fusão GW190521, com suas calculadas 142 massas solares, está dentro de uma faixa de massa intermediária entre os buracos negros de massa estelar e os supermassivos - é o primeiro desse tipo já detectado.

"O fato de estarmos vendo um buraco negro nesta lacuna de massa fará muitos astrofísicos coçarem a cabeça e tentar descobrir como esses buracos negros foram formados," disse Nelson Christensen, membro da equipe.

Mais tópicos