As fusões contribuem para a compreensão científica da natureza da formação dos buracos negros e da física fundamental.
© OzGrav (ilustração de um par de buracos negros)
Um par de fusões de buracos negros cósmicos distantes, medidas com apenas um mês de diferença no final de 2024 pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, está melhorando a forma como os cientistas compreendem a natureza e a evolução das mais violentas colisões do espaço profundo no nosso Universo.
Os dados recolhidos a partir das fusões também validam, com uma precisão sem precedentes, leis fundamentais da física que foram previstas há mais de 100 anos por Albert Einstein e promovem a procura de novas e ainda desconhecidas partículas elementares com potencial para extrair energia dos buracos negros.
A primeira fusão detectada, GW241011, ocorreu a cerca de 700 milhões de anos-luz de distância e resultou da colisão de dois buracos negros com cerca de 20 e 6 vezes a massa do Sol. O maior dos buracos negros de GW241011 foi avaliado como um dos buracos negros de rotação mais rápida observados até à data. A segunda fusão, GW241110, ocorreu a cerca de 2,4 bilhões de anos-luz de distância e envolveu buracos negros com cerca de 17 e 8 vezes a massa do Sol.
Enquanto a maioria dos buracos negros observados gira na mesma direção que a sua órbita, o buraco negro primário de GW241110 girava na direção oposta à da sua órbita, um caso inédito. Curiosamente, ambas as fusões detectadas apontam para a possibilidade de se tratarem de buracos negros de "segunda geração".
Com ambos os eventos possuirem um buraco negro significativamente mais massivo do que o outro e girando rapidamente, fornecem evidências tentadoras de que estes buracos negros se formaram a partir de anteriores fusões de buracos negros. Este processo, designado por fusão hierárquica, sugere que estes sistemas se formaram em ambientes densos, em regiões como aglomerados de estrelas, onde é mais provável que os buracos negros se cruzem e se fundam uma e outra vez.
Estas duas fusões de buracos negros binários fornecem alguns dos conhecimentos mais interessantes acerca do início da vida dos buracos negros. Mostra que alguns buracos negros não existem apenas como parceiros isolados, mas provavelmente como membros de uma multidão densa e dinâmica. No futuro, a esperança é que estes eventos e outras observações nos ensinem cada vez mais sobre os ambientes astrofísicos que acolhem estas populações.
A precisão com que GW241011 foi medida também permitiu que as previsões fundamentais da teoria da relatividade geral de Einstein fossem testadas em condições extremas. A equipe encontrou uma excelente concordância com a solução de Kerr e verificou a previsão de Einstein com uma precisão sem precedentes. A solução de Kerr descreve a geometria do espaço-tempo ao redor de um buraco negro massivo e em rotação, sem carga elétrica, sendo uma solução exata para as equações de campo da relatividade geral. Ela introduz a noção de um buraco negro com momento angular (spin), que tem simetria axial e possui uma região chamada ergosfera, onde o espaço-tempo é arrastado pela rotação do buraco negro.
A descoberta recente teve ainda outra aplicação na física de partículas. A observação de que o buraco negro massivo do sistema binário que produziu GW241011 continua girando rapidamente, mesmo milhões ou bilhões de anos após a sua formação, exclui uma vasta gama de massas de bósons ultraleves previstas por algumas extensões do Modelo Padrão da física de partículas.
Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics