Detectados buracos negros engolindo estrelas de nêutrons

Dois fenômenos do gênero foram observados pela primeira vez em 2020, e deverão ajudar na compreensão de alguns dos mais complexos enigmas do universo

Concepção artística de fusão de estrela de nêutrons e buraco negro. Crédito: Carl Knox, OzGrav/Swinburne

Cientistas detectaram pela primeira vez buracos negros engolindo estrelas de nêutrons, “como o Pac-Man”, em uma descoberta que documenta a colisão dos dois objetos mais extremos e enigmáticos do universo. As descobertas foram publicadas na revista The Astrophysical Journal Letters.

O Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (Ligo), nos Estados Unidos, e o observatório de ondas gravitacionais Virgo, na Itália capturaram as ondas gravitacionais da espiral da morte e da fusão de uma estrela de nêutrons com um buraco negro, não uma, mas duas vezes. Os pesquisadores dizem que suas observações ajudarão a desvendar alguns dos mistérios mais complexos do universo, incluindo os blocos de construção da matéria e o funcionamento do espaço e do tempo.

Mais de 1.000 cientistas estiveram envolvidos nas primeiras detecções do mundo. Além de pesquisadores associados aos observatórios Ligo e Virgo, também participaram cientistas do observatório de ondas gravitacionais de Kamioka, no Japão.

Ondulações de 1 bilhão de anos atrás

A professora Susan Scott, coautora do estudo, baseada na Escola de Física de Pesquisa no Centro de Astrofísica Gravitacional da Universidade Nacional Australiana (ANU, na sigla em inglês), disse que os eventos ocorreram há cerca de um bilhão de anos, mas foram tão massivos que ainda podemos observar suas ondas gravitacionais hoje.

“Essas colisões abalaram o universo em seu núcleo e detectamos as ondulações que elas enviaram através do cosmos”, disse ela. “Cada colisão não é apenas a junção de dois objetos massivos e densos. É realmente como o Pac-Man [personagem de um jogo eletrônico dos anos 1980], com um buraco negro engolindo sua estrela de nêutrons companheira inteira.”

Ela prosseguiu: “Esses são eventos notáveis ​​e esperamos muito tempo para testemunhá-los. Portanto, é incrível finalmente capturá-los”.

Diferença de dez dias

Os dois novos eventos de ondas gravitacionais – denominados GW200105 e GW200115 – foram observados em 5 de janeiro de 2020 e 15 de janeiro de 2020. Embora vários observatórios tenham realizado várias observações de acompanhamento, nenhum observou luz de nenhum dos eventos, consistente com as massas e distâncias medidas.

O primeiro evento envolveu, respectivamente, um buraco negro com uma massa nove vezes maior que o nosso Sol e uma estrela de nêutrons com duas vezes a massa do nosso Sol. O outro foi protagonizado por um buraco negro com cerca de seis vezes a massa do nosso Sol e uma estrela de nêutrons com 1,5 vez sua massa.

Scott, que também é investigadora chefe do Centro de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) do Centro de Pesquisa Australiano (ARC, na sigla em inglês), disse que a equipe internacional já havia capturado muitos eventos envolvendo dois buracos negros colidindo, bem como duas estrelas de nêutrons colidindo. “Agora, completamos a última peça do quebra-cabeça com as primeiras observações confirmadas de ondas gravitacionais de um buraco negro e uma estrela de nêutrons colidindo”, disse ela.

Questões a explorar

O dr. Johannes Eichholz, do Centro de Astrofísica Gravitacional da ANU e investigador associado do OzGrav, afirmou: “Não detectamos esses eventos uma vez – mas duas vezes e com até 10 dias de diferença. Como as ondulações desses dois eventos, que foram sentidas um bilhão de anos depois, essas descobertas terão um impacto profundo em nossa compreensão do universo por muitos anos.”

Os cientistas já preparam os detectores para uma quarta maratona de observação, que começará no verão de 2022 no hemisfério norte. “Agora vimos os primeiros exemplos de buracos negros se fundindo com estrelas de nêutrons, então sabemos que eles estão lá”, disse Maya Fishbach, pesquisadora associada à Nasa e membro do Ligo. “Mas ainda existe muito que não sabemos sobre estrelas de nêutrons e buracos negros – quão pequenos ou grandes eles podem ficar, quão rápido podem girar, como eles se emparelham em parceiros de fusão. Com dados de ondas gravitacionais futuras, teremos as estatísticas para responder a essas perguntas e, finalmente, aprender como os objetos mais extremos em nosso universo são feitos.”

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