Uma onda gravitacional detectada em maio do ano passado nos deu um tipo de colisão cósmica que nunca vimos antes. Uma das massas envolvidas era uma estrela de nêutrons. Até aí, tudo normal.
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Mas não sabemos qual era o outro objeto. Isto porque se situa firmemente num nicho conhecido como ‘lacuna de massa inferior’ – os corpos aparentemente raros com massas na faixa entre as estrelas de nêutrons mais robustas e os buracos negros mais pesados.
É a primeira vez que vemos um evento de onda gravitacional envolvendo uma estrela de nêutrons e um objeto com lacuna de massa e, embora não estejamos muito mais perto de saber o que este último realmente é, a descoberta sugere de forma emocionante que essas indescritíveis bolhas misteriosas podem ser comuns na galáxia.
“Embora evidências anteriores de objetos com lacuna de massa tenham sido relatadas tanto em ondas gravitacionais quanto eletromagnéticas, este sistema é especialmente interessante porque é a primeira detecção de ondas gravitacionais de um objeto com lacuna de massa emparelhado com uma estrela de nêutrons”, diz a astrofísica Sylvia Biscoveanu, do Universidade Northwestern nos EUA.
“A observação deste sistema tem implicações importantes tanto para as teorias da evolução binária quanto para as contrapartes eletromagnéticas das fusões de objetos compactos.”
Estrelas de nêutrons e buracos negros de massa estelar pertencem à mesma classe de objetos cósmicos. Eles são o que restou de estrelas massivas que chegaram ao fim de suas vidas e se transformaram em supernovas. O material externo da estrela explode violentamente no espaço; mas o núcleo no centro da estrela – já não suportado pela pressão externa da fusão – colapsa num objeto ultradenso.
O que determina o resultado é a massa. Estrelas com massa inicial de cerca de oito a 30 vezes a massa do Sol acabam como estrelas de nêutrons. Assim que a maior parte do material estelar tiver sido ejetada, o núcleo colapsado terá uma massa de até 2,3 massas solares compactada numa esfera com apenas 20 quilômetros (12 milhas) de diâmetro.
Os buracos negros estelares formam-se no colapso de estrelas com muito mais massa, deixando bolsas de material altamente concentradas que tendem a variar entre cerca de cinco e cerca de uma dúzia de massas solares.
É aqui que fica interessante: detectamos muito poucos objetos entre 2,3 e cinco massas solares. E daqueles que detectamos, não está claro se estamos olhando para um pequeno buraco negro ou para uma grande estrela de nêutrons.
Como a região entre as estrelas de nêutrons mais pesadas e os buracos negros mais leves é curiosamente desprovida de detecções, os cientistas referem-se a ela como a lacuna de massa inferior (para diferenciá-la da lacuna de massa superior do buraco negro).
As detecções de ondas gravitacionais estão voando densa e rapidamente atualmente, e os astrônomos estão as usando para entender os buracos negros; seu número e distribuição em massa nos dão uma ideia de quantos existem por aí e como eles se formam e crescem.
A diferença de massa inferior é um mistério que os cientistas esperavam que as ondas gravitacionais pudessem esclarecer. Em 2020, ocorreu a primeira detecção de uma fusão entre um buraco negro e um objeto com lacuna de massa, algo que atingiu 2,6 massas solares.
A nova detecção, chamada GW230529, foi feita em maio de 2023. Ao analisar o sinal da onda gravitacional, as colaborações LIGO, Virgo e KAGRA conseguiram determinar que um dos objetos envolvidos tinha entre 1,2 e 2 massas solares. Isso está bastante sólido na faixa das estrelas de nêutrons.
O segundo objeto, entretanto, tinha entre 2,5 e 4,5 massas solares. Isso está firmemente na lacuna de massa. Os pesquisadores acreditam que provavelmente seja um minúsculo buraco negro; não há como saber com os dados atuais, mas excede o limite superior teórico para a massa da estrela de nêutrons, então é a explicação mais plausível no momento.
Mas é o fato da descoberta em si que é mais emocionante e o que ela significa para futuras detecções.
“Antes de começarmos a observar o Universo em ondas gravitacionais, as propriedades de objetos compactos como buracos negros e estrelas de nêutrons foram indiretamente inferidas a partir de observações eletromagnéticas de sistemas na nossa Via Láctea”, diz o astrofísico Michael Zevin, do Planetário Adler, nos EUA.
“A ideia de uma lacuna entre as massas das estrelas de nêutrons e dos buracos negros, uma ideia que existe há um quarto de século, foi impulsionada por essas observações eletromagnéticas. GW230529 é uma descoberta emocionante porque sugere essa ‘lacuna de massa’ sendo menos vazia do que os astrônomos pensavam anteriormente, o que tem implicações para as explosões de supernovas que formam objetos compactos e para os potenciais espetáculos de luz que ocorrem quando um buraco negro destrói uma estrela de nêutrons.”
Os detectores de ondas gravitacionais LIGO, Virgo e KAGRA estão em manutenção e as atualizações recentes melhoraram drasticamente a sensibilidade de detecção. Estamos antecipando algumas descobertas mais interessantes de buracos negros em um futuro próximo.
A pesquisa pode ser lida no site do LIGO.
Traduzido de ScienceAlert
