Ondas gravitacionais revelam comportamentos inesperados de buracos negros distantes

A descoberta de ondas gravitacionais do ano passado pode ter parecido o fim de uma era – uma ocasião importante em que um experimento preciso finalmente terminou uma busca de cem anos, confirmando uma previsão impressionante feita por Albert Einstein. A descoberta, no entanto, gerou um campo inteiramente novo de astronomia, e os resultados finalmente estão começando a aparecer.

E você provavelmente pode adivinhar como são essas descobertas iniciais: estranhas.

Uma equipe de pesquisadores analisou os dados das três detecções de ondas gravitacionais (e uma detecção provável, mas não definitiva) que os Observadores de Onda Gravitacional do Interferômetro de Laser (LIGO) fizeram desde que foram ativados. Os cientistas estão longe de tirar conclusões e ter algumas opções sobre como os pares de buracos negros se formam. Independentemente de onde essa pesquisa os levar, o resultado final provará que os buracos negros distantes – aqueles que produziram as ondas gravitacionais que o LIGO detectou – não são como os que conhecemos.

“Não importa o que aconteça, eles não se parecem com os da nossa galáxia”, disse o líder do estudo Will Farr, do Instituto de Birmingham para astronomia de ondas gravitacionais da Universidade de Birmingham, no Reino Unido. “Será estranho e emocionante”.

Imagem: NASA Goddard Spaceflight Center/Flickr

A nova pesquisa publicada hoje na Nature continua uma história que acabou quando os astrônomos anunciaram a terceira confirmação de onda gravitacional confirmada em junho.

Os pares de buracos negros giram como bolas de basquete, e a forma como estes giros se alinham pode determinar como eles se formaram. Se as rotações se alinham com a órbita dos buracos negros um em torno do outro, então o par provavelmente se formou enquanto as estrelas em órbita se fundiam. Se as rotações estavam na direção oposta das órbitas ou desalinhadas, então um dos buracos negros poderia ter se formado e outro, enquanto passava pelas proximidades, ficou preso nesta órbita pela gravidade. Algo que cientistas certamente não observaram na Via Láctea.

Existe até mesmo a chance de os buracos negros terem se formado durante o Big Bang – esses pares de buracos negros também teriam rotações desalinhadas, mas girariam muito mais lentamente do que os buracos negros na Via Láctea, de acordo com um comentário na Nature escrito por Steinn Sigurðsson do Departamento de Astronomia e Astrofísica na Universidade Estadual da Pensilvânia.

Compreender a formação binária do buraco negro agora depende de uma propriedade numérica da onda gravitacional, conhecida como “rotação efetiva”, que pode assumir qualquer valor entre o negativo e um. As rotações alinhadas sempre têm um valor de “rotação efetiva” maior ou igual a zero. Desta vez, os pesquisadores produziram vários modelos e tentaram ajustá-los aos valores de rotação efetivos tirados de todos os eventos de ondas gravitacionais anteriores.

O modelo apresenta evidência de que, se os pares gravitacionais de ondas do buraco negro individual girarem como os que fazem na nossa galáxia, então os pares distantes estão desalinhados. “É mais provável que [os buracos negros] sejam formados em grupos de buracos negros possivelmente em centros galácticos”, escreveu Imre Bartos, pesquisador associado da Universidade de Columbia que não estava envolvido na pesquisa, ao Gizmodo por e-mail. Mas há dúvidas – se esses buracos negros girarem muito mais lentamente do que os buracos negros da Via Láctea que conhecemos hoje, então talvez suas rotações estejam alinhadas, disse Farr.

Bartos ficou empolgado com os novos resultados. “O artigo é um marco importante e dá mais motivação para estudar centros galácticos através de fusões no buraco negro”, disse ele. Mas ainda não há nada conclusivo. “Há uma chance de ~2% de que os resultados estejam errados, o que é mais do que o padrão no campo para reivindicar uma distinção”, disse ele. Mas pode levar apenas dez eventos de ondas gravitacionais para determinar a resposta, dependendo do modelo.

Talvez mais dados forneçam uma história ainda mais estranha, “como envolvendo três buracos negros ou buracos negros que tenham recebido impulsos de explosões de supernova durante sua formação que resultam em desalinhamento de rotação-órbita”, escreveu Sigurðsson.

“Este é apenas um exemplo do início do que será um momento emocionante na astronomia da onda gravitacional”, disse Farr. “Isso mostra o quanto você deve estar entusiasmado com o que está vindo nos próximos anos”.

[Nature]