Inaugurados na década de 2000, os observatórios de ondas gravitacionais anunciaram suas primeiras detecções em 2016, e desde então a quantidade de dados coletados aumentou substancialmente. Enquanto os pesquisadores detectaram três oscilações no espaço-tempo entre 2015 e 2016, o último conjunto de eventos reuniu incríveis 35 colisões entre os objetos mais densos do universo.
As ondas gravitacionais são ondulações no “tecido” do espaço-tempo e funcionam como as ondas que surgem quando jogamos uma pedra em um lago. A água parada começa a ondular no ponto de impacto e essas ondas se espalham em todas as direções até não haver mais energia para continuar se propagando. No universo, isso ocorre quando buracos negros e estrelas de nêutrons colidem entre si.
Para detectar essas ondas, previstas pela Relatividade Geral de Albert Einstein, os dois principais observatórios de ondas gravitacionais, LIGO e Virgo, firmaram uma parceria em 2007 porque os instrumentos não são direcionais (ou seja, eles examinam todo o céu). Como as ondulações são fracas e muito suscetíveis a falsos positivos (devido a ruídos não relacionados aos eventos cósmicos), é preciso fazer a detecção simultânea de uma onda gravitacional em vários instrumentos para confirmar o sinal e determinar sua origem.
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Assim, as colaborações internacionais de cada uma das iniciativas, que reúnem centenas de cientistas de todo o mundo, compartilham e analisam os dados registrados pelos detectores em conjunto e publicam os resultados obtidos em determinados períodos, que eles chamam de “execuções”. Além do LIGO e Virgo, a nova execução inclui dados do da Colaboração KAGRA, no Japão. A nova atualização é a maior já publicada e levou o número total de detecções para 90.
Na última execução, realizada entre novembro de 2019 e dezembro de 2020, houve um aumento da média semanal — o período anterior registrou 1,5 evento por semana, enquanto a nova atualização traz 1,7 detecções semanais. "Essas descobertas representam um aumento de dez vezes no número de ondas gravitacionais detectadas pelo LIGO e Virgo desde que começaram a observar", disse a astrofísica Susan Scott, da Australian National University, na Austrália.
Em um artigo publicado no último domingo (7), os cientistas relataram suas recentes detecções, que incluem colisões de buracos negros de vários tamanhos diferentes. O mais massivo teria cerca de 87 vezes a massa do Sol e se fundiu com um companheiro menor, de 61 massas solares. O resultado foi um colosso de 141 massas solares — longe de se aproximar das proporções de buracos negros supermassivos, mas acima dos considerados de massa estelar. Outra fusão produziu um buraco negro com 104 vezes a massa do Sol.
Os dois eventos acima estão na faixa dos chamados buracos negros de massa intermediária, que fica entre 100 e um milhão de massas solares. Poucos buracos negros desse tipo foram detectados até hoje, por isso os astrônomos ainda não sabiam muito sobre eles. Na verdade, até pouco tempo não havia muita certeza se eles existiam mesmo, mas as ondas gravitacionais permitem medir os objetos em fusão e buracos negros intermediários começam a aparecer nos artigos científicos. Este é apenas um exemplo da importância dessa nova área da astronomia.
A detecção de colisões desse tipo são cruciais para estudar a evolução dos buracos negros, porque os modelos astronômicos mostram que explosões de estrelas em supernovas só podem formar buracos negros até 65 massas solares, aproximadamente. Acima dessas proporções, as estrelas são tão massivas que suas supernovas parecem obliterar completamente seus núcleos, não restando nada para colapsar em um buraco negro.
Assim, qual seria a origem dos buracos negros de massa intermediária? A resposta parece estar nesse tipo de fusão detectada por ondas gravitacionais, o que nos leva aos próprios buracos negros anteriores à colisão — lembra que um deles teria 87 massas solares? Pois é, ele também poderia ser o produto de uma fusão anterior. O aumento de relatórios sobre os intermediários aponta que as fusões hierárquicas de buracos negros podem ser mais comuns do que imaginávamos.
Houve outro evento raro, dessa vez de um buraco negro muito menor do que de costume, com 2,8 vezes a massa do Sol, que colidiu com outro objeto. "Olhar para as massas e spins dos buracos negros nesses sistemas binários indica como esses sistemas se uniram em primeiro lugar", disse Scott. "Isso também levanta algumas questões realmente fascinantes. Por exemplo, o sistema se formou originalmente com duas estrelas que passaram por seus ciclos de vida juntas e eventualmente se tornaram buracos negros? Ou os dois buracos negros foram colocados juntos em um ambiente dinâmico muito denso?
Também houve colisões de objetos que provavelmente são estrelas de nêutrons. Esses objetos raros e misteriosos podem ter detalhes revelados pelas ondas gravitacionais, então é possível que os dados coletados pelo LIGO-Virgo-KAGRA estimulem outros estudos sobre os eventos relatados. Por ora, a nova atualização mostra um pouco da diversidade que esses objetos podem apresentar no universo.
O artigo da equipe foi publicado no arXiv.
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