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Embora os astrofísicos teoricamente devam ser capazes de detectar ondas gravitacionais de uma única fonte não binária, eles ainda precisam descobrir esses sinais indescritíveis. Agora, os pesquisadores sugerem olhar para um lugar novo, inesperado e totalmente inexplorado: os turbulentos e enérgicos casulos de detritos que cercam estrelas massivas moribundas.
Agora, os pesquisadores da Northwestern University sugerem olhar para um lugar novo, inesperado e totalmente inexplorado: os casulos turbulentos e energéticos de detritos que cercam estrelas massivas moribundas.
Pela primeira vez, os pesquisadores usaram simulações de última geração para mostrar que esses casulos podem emitir ondas gravitacionais. E, ao contrário dos jatos de explosão de raios gama, as ondas gravitacionais dos casulos devem estar dentro da faixa de frequência que o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) pode detectar.
“Até hoje, o LIGO detectou apenas ondas gravitacionais de sistemas binários, mas um dia detectará a primeira fonte não binária de ondas gravitacionais”, disse Ore Gottlieb, da Northwestern, que liderou o estudo. “Os casulos são um dos primeiros lugares que devemos procurar por esse tipo de fonte.”
Gottlieb apresentará esta pesquisa durante uma coletiva de imprensa virtual na 242ª reunião da American Astronomical Society. “Mortes estelares turbulentas e com jatos: novas fontes de ondas gravitacionais detectáveis pelo LIGO” acontecerá na segunda-feira, 5 de junho, como parte de uma sessão sobre “Descobertas em galáxias distantes”.
Gottlieb é CIERA Fellow no Northwestern’s Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Os co-autores do estudo da Northwestern incluem os professores Vicky Kalogera e Alexander Tchekovskoy, os associados de pós-doutorado Sharan Banagiri e Jonatan Jacquemin-Ide e o estudante de pós-graduação Nick Kaaz.
Nova fonte era ‘impossível de ignorar’
Para conduzir o estudo, Gottlieb e seus colaboradores usaram novas simulações de última geração para modelar o colapso de uma estrela massiva. Quando estrelas massivas colapsam em buracos negros, elas podem criar poderosos fluxos (ou jatos) de partículas que viajam perto da velocidade da luz. As simulações de Gottlieb modelaram esse processo – desde o momento em que a estrela entra em colapso em um buraco negro até o jato escapar.
Inicialmente, ele queria ver se o disco de acreção que se forma em torno de um buraco negro poderia ou não emitir ondas gravitacionais detectáveis. Mas algo inesperado continuou emergindo de seus dados.
“Quando calculei as ondas gravitacionais da vizinhança do buraco negro, encontrei outra fonte atrapalhando meus cálculos – o casulo”, disse Gottlieb. “Tentei ignorá-lo. Mas descobri que era impossível ignorar. Então percebi que o casulo era uma interessante fonte de onda gravitacional.”
À medida que os jatos colidem em camadas em colapso da estrela moribunda, uma bolha ou um “casulo” se forma ao redor do jato. Casulos são lugares turbulentos, onde gases quentes e detritos se misturam aleatoriamente e se expandem em todas as direções a partir do jato. À medida que a bolha energética acelera do jato, ela perturba o espaço-tempo para criar uma ondulação de ondas gravitacionais, explicou Gottlieb.
“Um jato começa bem no fundo de uma estrela e depois abre caminho para escapar”, disse Gottlieb. “É como quando você perfura um buraco em uma parede. A broca giratória atinge a parede e os detritos se espalham para fora da parede. A broca fornece energia ao material. Da mesma forma, o jato perfura a estrela, fazendo com que o material da estrela aqueça para cima e derramar. Esses detritos formam as camadas quentes de um casulo.”
Chamada à ação para olhar para os casulos
Se os casulos geram ondas gravitacionais, o LIGO deve ser capaz de detectá-los em suas próximas execuções, disse Gottlieb. Os pesquisadores normalmente procuram ondas gravitacionais de fonte única de explosões de raios gama ou supernovas, mas os astrofísicos duvidam que o LIGO possa detectá-las.
“Tanto os jatos quanto as supernovas são explosões muito energéticas”, disse Gottlieb. “Mas só podemos detectar ondas gravitacionais de frequências mais altas, explosões assimétricas. As supernovas são bastante esféricas e simétricas, então explosões esféricas não alteram a distribuição de massa equilibrada na estrela para emitir ondas gravitacionais. a frequência é muito pequena – menor que a banda de frequência à qual o LIGO é sensível.”
Em vez disso, Gottlieb pede aos astrofísicos que redirecionem sua atenção para os casulos, que são assimétricos e altamente energéticos.
“Nosso estudo é um apelo à ação para que a comunidade veja os casulos como uma fonte de ondas gravitacionais”, disse ele. “Também sabemos que os casulos emitem radiação eletromagnética, então eles podem ser eventos multi-mensageiros. Ao estudá-los, podemos aprender mais sobre o que acontece na parte mais interna das estrelas, as propriedades dos jatos e sua prevalência em explosões estelares.”
O estudo, “Mortes estelares com jatos e turbulentos: novas fontes de ondas gravitacionais detectáveis pelo LVK”, foi financiado pela National Science Foundation, NASA e pelo programa Fermi Cycle 14 Guest Investigator. National Laboratory supercomputer Summit e supercomputador Perlmutter do National Energy Research Scientific Computing Center através do prêmio de tempo computacional ASCR Leadership Computing Challenge.
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