Até os pequenos buracos negros emitem ondas gravitacionais quando colidem

Os cientistas do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) descobriram ondas gravitacionais provenientes de outra fusão de buracos negros, a mais pequena observada em termos de massa.

A descoberta, publicada na revista Astrophysical Journal Letters, mostra a diversidade da população de buracos negros e pode ajudar os cientistas a perceberem por que razão os maiores parecem comportar-se de forma diferente em relação aos mais pequenos.

“A massa destes objetos torna-os muito interessantes,” disse Salvatore Vitale, analista de dados e investigador do LIGO Lab no MIT (Massachusetts Institute of Technology). “A descoberta contribui para aumentar uma população de baixa massa que (até agora) era pouco significativa,” acrescentou.

As ondas gravitacionais são ondulações no tecido do espaço-tempo provocadas pela aceleração ou desaceleração de objetos. São extremamente difíceis de detectar, mas é importante procurá-las porque permitem estudar diretamente fenómenos cósmicos extremamente poderosos – como os buracos negros, que não podem ser observados diretamente, já que nenhuma luz se pode escapar de dentro do horizonte de eventos.

O LIGO pode descobrir binários de buracos negros – pares de buracos negros ligados pela gravidade – à medida que estes se orbitam mutuamente e se fundem com violência formando um único buraco negro. O observatório consiste em dois detectores em forma de L, com braços de 4 km de comprimento, um em Hanford, Washington, e outro em Livingston, Louisiana. Quando uma onda gravitacional passa através dos detectores, um sistema de lasers e espelhos dentro dos braços pode capturar as distorções infinitesimais do espaço-tempo.

O LIGO descobriu a primeira fusão de buracos negros em setembro de 2015 e, desde aí, anunciou a descoberta de mais fusões, de buracos negros, mas também de duas estrelas de neutrões – algumas destas fusões foram também detectadas pelo observatório europeu Virgo.

A fusão de buracos negros GW170608 foi descoberta a 8 de junho. Foi medido o sinal proveniente da colisão violenta de dois buracos negros pequenos, com aproximadamente 7 e 12 massas solares, a cerca de mil milhões de anos-luz de distância. A fusão teve como resultado um buraco negro com 18 massas solares, sendo que a massa solar restante foi convertida em ondas gravitacionais.

Este evento foi bastante pequeno em comparação com a maior parte das descobertas do LIGO (só como exemplo, as massas relativas ao primeiro par, descoberto em setembro de 2015, eram de 36 e 29 sóis, respetivamente). O segundo evento mais pequeno foi descoberto em dezembro de 2015, com buracos negros de 7,5 e 14,2 massas solares.

O par de buracos negros relativo ao evento GW170608, o de massa mais baixa detectado pelo LIGO, pertence à mesma classe de buracos negros que os astrónomos têm vindo a descobrir de forma indireta através de raios-X e outras radiações de alta energia.

Os raios-X surgem à medida que a matéria no disco de acreção do buraco negro gira, entra em fricção com outra matéria e aquece, emitindo no processo radiação de alta energia. O disco de acreção resulta da matéria arrancada pelo buraco negro a uma estrela companheira, com a qual forma um binário.

Mas os astrónomos apenas detectaram raios-X provenientes de buracos negros de baixa massa e não dos mais massivos, como os que o LIGO tem encontrado. Por que não foram encontrados buracos negros maiores a produzir raios-X? Segundo Vitale, é um mistério para o qual os investigadores ainda não têm resposta. Mas GW170608 pode ajudar a encontrá-la.

O LIGO está preparado para iniciar a próxima série de observações no final de 2018, e à medida que for encontrando mais fusões de buracos negros, os cientistas começarão a tratar estes objetos por populações e a estudar a sua demografia para aprofundar estas questões.

Vitale disse ainda que espera ver algo novo: “adoraria encontrar a fusão de um buraco negro e uma estrela de neutrões.”

Tal fusão, híbrida, permitiria estudar as ondas gravitacionais, mas também produziria luz que os astrónomos poderiam observar com telescópios mais convencionais e depois analisar. “Se tivermos essa sorte,” acrescentou Vitale,”aprenderemos muito.”

Fontes da notícia Phys.org e LIGO Caltech.