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As fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons desafiam as leis da física com suas órbitas estranhas
Os cientistas descobriram que antes dos buracos negros colidirem com estrelas de nêutrons e se fundirem, esses remanescentes estelares extremos podem girar em torno uns dos outros em órbitas ovais, em vez de em órbitas circulares. A revelação demonstra outra forma como os buracos negros e as estrelas de neutrões impõem as leis da física e lança dúvidas sobre suposições relativas à formação e evolução destes sistemas binários mistos.
Uma equipe de cientistas desafiou suposições de que buracos negros e estrelas de nêutrons aproximam-se uns dos outros em órbitas circulares quando estudaram ondulações no espaço-tempo, ou ondas gravitacionaisque surgiu exatamente de uma “fusão mista”. O sinal desta fusão, apelidado GW200105foi detectado pelos detectores de ondas gravitacionais Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) e Virgem. A fusão ocorreu a cerca de 910 milhões de anos-luz de distância, resultando na criação de um buraco negro filho com cerca de 13 vezes a massa do sol.
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A chave para a descoberta da equipe foi um novo modelo de ondas gravitacionais desenvolvido no Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da Universidade de Birmingham, que permitiu a Schmidt e colegas determinar as órbitas dos objetos progenitores.
Isto incluiu calcular o quanto o buraco negro e a estrela de nêutrons que colidiram para criar este sinal de onda gravitacional estavam oscilando, ou “precessando”, antes de sua fusão. Os cálculos revelaram falta de precessão antes da fusão.
Isto marca a primeira vez que estas características foram medidas para uma “fusão mista” entre um buraco negro e uma estrela de neutrões, ambos remanescentes estelares criados quando estrelas massivas “morrem” e sofrem colapso gravitacional. Os resultados sugerem a influência de um terceiro objeto invisível neste sistema.
“A órbita revela o jogo. A sua forma elíptica pouco antes da fusão mostra que este sistema não evoluiu silenciosamente de forma isolada, mas foi quase certamente moldado por interações gravitacionais com outras estrelas, ou uma terceira companheira,” continuou Schmidt.
Anteriormente, quando uma órbita circular foi considerada para os objetos progenitores além desta fusão, os investigadores subestimaram a massa do buraco negro como sendo cerca de 9 vezes a massa do Sol, e a estrela de neutrões tendo uma massa de cerca de 2 massas solares.
“Esta é uma prova convincente de que nem todos os pares estrela de neutrões-buraco negro partilham a mesma origem”, disse Gonzalo Morras, membro da equipa, da Universidade Autónoma de Madrid, Espanha. “A órbita excêntrica sugere um local de nascimento num ambiente onde muitas estrelas interagem gravitacionalmente.”
Os resultados dos cientistas indicam que provavelmente existem múltiplas maneiras pelas quais fusões buraco negro-estrela de nêutrons pode prosseguir, em vez de haver um canal de formação dominante.
Isso pode ajudar a explicar por que os astrônomos estão vendo cada vez mais diversidade na fusão de binários remanescentes estelares. Os resultados da equipe foram publicados na quarta-feira (11 de março) em as Cartas do Jornal Astrofísico.
