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Esta fusão ‘impossível’ de buracos negros pode ser explicada por uma deformação no espaço-tempo
Uma fusão “proibida” entre dois buracos negros massivos pode não ter sido tão impossível como se pensava anteriormente. Isto está de acordo com uma nova pesquisa que sugere que os buracos negros envolvidos eram menores do que o esperado.
Em 23 de novembro de 2023, o detector de ondas gravitacionais LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detectou pequenas ondulações no espaço-tempo causadas pela fusão de dois buracos negros. O que havia de incrível neste sinal, designado GW231123era que parecia ser o resultado de uma buraco negro com 140 vezes o massa do sol colidindo com outro que contém 100 massas solares.
Isto levantou suspeitas entre os investigadores porque os modelos habituais de evolução estelar lutam para explicar buracos negros tão massivos, especialmente aqueles que pareciam girar tão rapidamente como estes dois. Embora os cientistas tenham tentado explicar como é que uma situação tão estranha buraco negro binário poderia se formar. A equipe por trás desta nova pesquisa sugere que ela não precisa ser explicada. Eles pensam que as massas destes buracos negros eram uma ilusão.
A chave para esta ilusão é um fenômeno chamado lente gravitacional, previsto pela primeira vez pela teoria da gravidade de Albert Einstein de 1915, relatividade geralque também previu pela primeira vez a existência de ondas gravitacionais. Esta teoria diz que objetos com massa causam a curvatura do espaço e do tempo, unidos como uma entidade quadridimensional chamada “espaço-tempo”. Quanto mais massa um objeto possui, maior será a curvatura e, como a gravidade surge dessa curvatura, maior será a influência gravitacional.
A lente gravitacional ocorre quando a luz de um objeto de fundo passa por um objeto massivo em primeiro plano. O objeto em primeiro plano pode distorcer a estrutura do espaço-tempo de tal forma que o caminho da luz é curvo. Isto significa que a luz da mesma fonte de fundo pode atingir a Terra em momentos diferentes, dependendo de quanto essa luz foi desviada.
Esta diferença no tempo de viagem pode ampliar uma fonte de fundo e tem sido usada com grande efeito para observar galáxias distantes e antigas, normalmente demasiado ténues para serem vistas.
Esta equipa de investigação pensa que o efeito também se aplica às ondas gravitacionais, sugerindo que o sinal GW231123 é um exemplo de ondulações gravitacionais no espaço-tempo que fizeram os buracos negros parecerem maiores do que realmente são.
“Assim como a luz, as ondas gravitacionais também podem ser desviadas, ampliadas e divididas em múltiplos sinais por objetos massivos”, disse o membro da equipe Miguel Zumalacárregui, líder do grupo do Departamento de Relatividade Astrofísica e Cosmológica do Instituto Albert Einstein (AEI). disse em um comunicado. “Para ondas gravitacionais, os efeitos de difração e interferência nos dão uma forma adicional de identificar e estudar sinais de lentes.”
Para investigar essa possibilidade, a equipe desenvolveu um modelo matemático de lentes gravitacionais e criou um software poderoso e rápido o suficiente para analisá-lo.
“Se assumirmos que GW231123 foi desviado e distorcido por um objeto compacto de cerca de 190 a 850 massas solares – ou por uma estrutura estendida, como um aglomerado globular – podemos compreender as grandes massas observadas”, disse o membro da equipe Srashti Goyal, que trabalhava na AEI quando conduziu a pesquisa. “Além disso, a interpretação da lente não requer rotações anormalmente altas.”
Quando a equipa modelou o evento com essa consideração em consideração, descobriu que a fusão envolvia um sistema com uma massa de 140 massas solares, em vez do sistema de 240 massas solares inicialmente teorizado.
A equipe não sabe ao certo qual objeto massivo é responsável pela lente do sinal da onda gravitacional GW231123. Mas não importa o que seja, se a equipe estiver correta, a lente pode ser algo muito especial.
“A natureza das lentes permanece um grande mistério na nossa análise, uma vez que lentes compactas individuais com 100 a 1.000 massas solares devem ser extremamente raras”, disse Zumalacárregui. “Trabalhos futuros terão de estabelecer se tais lentes podem formar-se, ou se um conjunto de objetos mais leves, incluindo estrelas, pode explicar este evento.”
A equipe ainda não pode dizer de forma conclusiva se GW231123 é o primeiro sinal de onda gravitacional com lente gravitacional. Encontrar sinais futuros desse tipo exigirá atualizações na sensibilidade de detectores como o LIGO.
Embora antes mesmo de isso acontecer, a pesquisa aponta para a utilidade da astronomia das ondas gravitacionais para estudar alguns dos eventos mais violentos do universo.
A pesquisa da equipe foi publicada em 25 de agosto no Cartas de revistas astrofísicas.
