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Quando os buracos negros colidem no universo, o choque sacode o espaço e o tempo: a quantidade de energia liberada durante a fusão é tão grande que faz o espaço-tempo oscilar, semelhante a ondas na superfície da água. Essas ondas gravitacionais se espalham por todo o universo e ainda podem ser medidas a milhares de anos-luz de distância, como foi o caso em 21 de maio de 2019, quando os dois observatórios de ondas gravitacionais LIGO (EUA) e Virgo (Itália) captaram tal sinal. Nomeado GW190521 após a data de sua descoberta, o evento de onda gravitacional desde então provocou discussão entre especialistas porque difere marcadamente dos sinais medidos anteriormente.
O sinal foi inicialmente interpretado como significando que a colisão envolveu dois buracos negros movendo-se em órbitas quase circulares um ao redor do outro. “Esses sistemas binários podem ser criados por vários processos astrofísicos”, explica o Prof. Sebastiano Bernuzzi, físico teórico da Universidade de Jena, Alemanha. A maioria dos buracos negros descobertos pelo LIGO e pelo Virgo, por exemplo, são de origem estelar. “Isso significa que eles são remanescentes de estrelas massivas em sistemas estelares binários”, acrescenta Bernuzzi, que liderou o estudo atual. Esses buracos negros orbitam uns aos outros em órbitas quase circulares, assim como as estrelas originais faziam anteriormente.
Um buraco negro captura um segundo
“No entanto, o GW190521 se comporta de maneira significativamente diferente”, explica Rossella Gamba. A principal autora da publicação está fazendo seu doutorado no Jena Research Training Group 2522 e faz parte da equipe de Bernuzzi. “Sua morfologia e estrutura semelhante a uma explosão são muito diferentes das observações anteriores.” Então, Rossella Gamba e seus colegas começaram a encontrar uma explicação alternativa para o incomum sinal de onda gravitacional. Usando uma combinação de métodos analíticos de última geração e simulações numéricas em supercomputadores, eles calcularam diferentes modelos para a colisão cósmica. Eles chegaram à conclusão de que deve ter ocorrido em um caminho fortemente excêntrico em vez de um quase circular. Um buraco negro inicialmente se move livremente em um ambiente relativamente densamente preenchido por matéria e, assim que se aproxima de outro buraco negro, pode ser “capturado” pelo campo gravitacional do outro. Isso também leva à formação de um sistema binário, mas aqui os dois buracos negros não orbitam em círculo, mas se movem excentricamente, em movimentos giratórios um ao redor do outro.
“Esse cenário explica as observações muito melhor do que qualquer outra hipótese apresentada até agora. A probabilidade é de 1:4300”, diz Matteo Breschi, aluno de doutorado e coautor do estudo, que desenvolveu a infraestrutura para a análise. E o pesquisador de pós-doutorado, Gregorio Carullo, acrescenta: “Embora atualmente não saibamos exatamente o quão comuns são esses movimentos dinâmicos de buracos negros, não esperamos que sejam uma ocorrência frequente”. Isso torna os resultados atuais ainda mais emocionantes, acrescenta. No entanto, mais pesquisas são necessárias para esclarecer, sem sombra de dúvida, os processos que criaram o GW190521.
Trabalho em Equipe no Grupo de Formação em Pesquisa
Para o projeto atual, as equipes em Turim e Jena (como parte do Jena Research Training Group 2522 “Dynamics and Criticality in Quantum and Gravitational” financiado pela German Research Foundation) desenvolveram uma estrutura relativística geral para a fusão excêntrica de buracos negros e verificaram as previsões analíticas usando simulações das equações de Einstein. Pela primeira vez, modelos de encontros dinâmicos foram usados na análise de dados de observação de ondas gravitacionais.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Friedrich-Schiller-Universitaet Jena. Original escrito por Ute Schönfelder. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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