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O ‘ponto sem saída’ do buraco negro estudado com as ondas gravitacionais mais fortes já ouvidas
O impacto mais forte de ondas gravitacionais já ouvido ofereceu-nos uma visão dos horizontes de eventos, os limites além dos quais nada pode escapar das garras dos buracos negros.
O onda gravitacional o sinal GW250114 foi captado em janeiro de 2025 por LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser), Virgo e KAGRA (Detector de Ondas Gravitacionais Kamioka). O sinal foi criado quando dois buracos negros com cerca de 32 vezes a massa de o sol colidiram e fizeram a própria estrutura do espaço ondular.
Agora, uma equipe de pesquisadores avaliou esse sinal e descobriu que uma característica nas ondas gravitacionais representa o coletivo horizonte de eventos dos buracos negros envolvidos no exato momento da colisão.
“Medimos o último som que os buracos negros emitiram quando caíram. Escondido nesse sinal está um pequeno componente, chamado ondas diretas, que não tinha sido bem compreendido anteriormente”, disse o co-líder da pesquisa Neil Lu, do Centro de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) da ARC. disse em um comunicado. “Nossa nova análise nos permite decifrar esse componente e extrair informações exclusivas próximas ao horizonte de eventos.”
A pesquisa da equipe apresenta a intrigante possibilidade de que os cientistas possam usar ondas gravitacionais para estudar os limites desses misteriosos buracos negros.
Horizontes de eventos e o ponto sem retorno
O conceito de horizonte de eventos surgiu pela primeira vez através de soluções para as equações da teoria da gravidade de Albert Einstein de 1915, relatividade geral. Estas soluções foram desenvolvidas por Karl Schwarzschild enquanto servia no exército alemão na Frente Oriental na Primeira Guerra Mundial.
Schwarzschild encontrou um ponto em torno de um corpo com massa no qual a velocidade de escape, a velocidade necessária para escapar do domínio gravitacional desse corpo, excede a velocidade da luz. Também conhecido como raio de Schwarzschild, o tamanho desse limite depende da massa do corpo. Portanto, o raio de Schwarzschild para o Sol seria de cerca de 1,86 milhas (3 quilómetros) do seu centro de massa; para a Terra, estaria a apenas 0,35 polegadas (9 milímetros) do centro de massa do nosso planeta. Esse é o caso de todos os planetas e estrelas; o raio de Schwarzschild está bem dentro dos corpos desses objetos.
No entanto, para um buraco negro, o raio de Schwarzschild está longe do centro de massa, actuando como um limite exterior de captura de luz: o horizonte de eventos. Para escapar do domínio gravitacional de um buraco negro a partir deste ponto, a matéria teria que acelerar a uma velocidade superior à velocidade da luz, que a teoria de Einstein relatividade especial nos diz que exigiria energia infinita. Nada no universo viaja mais rápido que a luz; assim, nada escapa do horizonte de eventos.
Para entender por que isso envolve um buraco negro em mistério, considere como nenhum sinal pode viajar mais rápido que a luz. Isso significa que o horizonte de eventos é uma barreira unilateral para a informação. Um buraco negro pode engoli-lo, mas o horizonte de eventos impede que ele libere informações. Nunca poderemos observar o interior de um buraco negro.
Não é de admirar que os cientistas estejam tão interessados em estudar horizontes de eventos e o que acontece neles. Eles não querem apenas compreender a física da matéria envolvida em uma viagem só de ida até a boca de um buraco negro, mas também o efeito que esses titãs cósmicos têm na própria estrutura do espaço.
A imensa influência gravitacional dos buracos negros significa que, à medida que giram, eles arrastam consigo a própria estrutura do espaço, um fenômeno chamado “arrastar quadros“ou o efeito Lense-Thirring. Isso introduz outra regra sobre horizontes de eventos – não apenas nada escapa dessa fronteira, como também nada fica parado. Esta pesquisa deixa os cientistas um passo mais perto de compreender essas regras com mais detalhes do que nunca.
“Estudamos GW250114, o sinal binário de buraco negro mais alto observado até hoje, cerca de três vezes mais alto que o primeiro sinal de onda gravitacional detectado há uma década”, disse o co-líder da equipe Ling Sun da OzGrav. “A nossa análise mostra que este sinal excepcionalmente alto pode ser usado como uma poderosa sonda do horizonte do buraco negro remanescente, permitindo-nos medir as suas duas propriedades fundamentais: frequência de rotação e gravidade superficial.”
Os resultados também poderão lançar mais luz sobre o comportamento da gravidade no ambiente mais extremo do Universo, na extremidade de um buraco negro.
“Estas medições marcam um primeiro passo para futuros testes da relatividade geral com ondas diretas”, disse Lu.
A pesquisa foi publicada nesta quarta-feira (24 de junho) na revista Natureza.
