Astrônomos descobriram 39 novos eventos de ondas gravitacionais em apenas seis meses

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Visualização de buracos negros em um aglomerado. Créditos: Aaron M. Geller / Universidade do Noroeste / CIERA.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Há pouco mais de cinco anos, a humanidade não havia detectado nenhuma onda gravitacional.

Agora, as observações estão chegando a uma velocidade surpreendente. Em um período de seis meses no ano passado, a colaboração LIGO-Virgo detectou, em média, 1,5 eventos de ondas gravitacionais por semana.

De 1 de abril a 1 de outubro de 2019, os interferômetros aprimorados do LIGO e Virgo detectaram 39 novos eventos de ondas gravitacionais: as ondas de choque que se propagam no espaço-tempo a partir de colisões massivas entre estrelas de nêutrons ou buracos negros. No total, o Gravitational-Wave Transient Catalog 2 (GWTC-2) agora possui 50 desses eventos.

Isso nos deu o censo mais completo de buracos negros através desse kit de ferramentas, representando uma gama de buracos negros que não apenas nunca haviam sido detectados antes, mas que podem revelar detalhes profundidos anteriormente não explorados da evolução e vidas após a morte das estrelas binárias.

“A astronomia de ondas gravitacionais é revolucionária – revelando-nos a vida oculta de buracos negros e de estrelas de nêutrons”, disse o astrônomo Christopher Berry, da Universidade do Noroeste (EUA), membro da LIGO Scientific Collaboration (LSC).

“Em apenas cinco anos, passamos de uma época de não saber que buracos negros binários existiam para atualmente termos um catálogo de mais de 40. A terceira sequência de observação rendeu mais descobertas do que nunca. Combiná-las com descobertas anteriores dá uma bela imagem da rica variedade do Universo de buracos negros binários”.

Você já deve ter ouvido falar sobre algumas das novas descobertas feitas na sequência de observações.

GW 190412 (eventos de ondas gravitacionais são nomeados por sua data de detecção, sendo GW = “gravitational waves”, em inglês – ou ondas gravitacionais, em português) foi a primeira colisão de buraco negro em que os dois buracos negros tinham massas totalmente incompatíveis; todas as outras colisões de buracos negros detectadas antes envolveram buracos negros binários de massa mais ou menos igual.

Acredita-se que o GW 190425 seja de uma colisão entre duas estrelas de nêutrons, apenas a segunda detectada (a primeira foi em agosto de 2017).

GW 190521 finalmente confirmou a existência da indescritível classe “peso médio” dos buracos negros, entre os de massa estelar e os gigantes supermassivos.

E GW 190814 foi a primeira colisão que envolveu um objeto na ‘lacuna de massa’ entre estrelas de nêutrons e buracos negros.

“Até agora, a terceira sequência de observação do LIGO e de Virgo rendeu muitas surpresas”, disse a astrônoma Maya Fishbach da Universidade o Noroeste e do LSC.

“Após a segunda sequência de observação, pensei que tínhamos visto todo o espectro de buracos negros binários, mas a paisagem dos buracos negros é muito mais rica e variada do que eu imaginava. Estou animado para ver o que as observações futuras nos ensinarão”.

Isso não é tudo que o novo conjunto de dados tem a oferecer. Dois outros eventos, GW 190426_152155 e GW 190924_021846, destacaram-se como extraordinários. E sim, esses nomes são mais longos: conforme detectamos mais e mais eventos, a data pode não ser suficiente para distingui-los, então a nova convenção de nomenclatura é incluir a hora em UTC.

“Uma de nossas novas descobertas, GW 190426_152155, poderia ser a fusão de um buraco negro de cerca de seis massas solares com uma estrela de nêutrons. Infelizmente, o sinal é bastante fraco, então não podemos ter certeza absoluta”, disse o astrônomo Serguei Ossokine do Instituto Albert Einstein de Potsdam na Alemanha.

“GW 190924_021846 certamente é uma fusão dos dois buracos negros mais leves que vimos até agora. Um tinha a massa de seis sóis, o outro a de nove sóis. Existem sinais de fusões com objetos menos massivos como GW 190814, mas nós não sabemos ao certo se são buracos negros”.

A nova população de buracos negros e fusões de estrelas de nêutrons foi descrita em quatro papers pré-publicados.

O primeiro paper cataloga os 39 novos eventos. O segundo paper reconstrói as distribuições de massa e spin de 47 eventos de fusão encontrados em todo o catálogo GWTC-2 e estima a taxa de buracos negros e colisões de estrelas de nêutrons. O terceiro paper investigou meticulosamente explosões de raios gama associadas a eventos de fusão (não encontrou nenhuma). E o quarto paper avalia os dados contra as previsões da relatividade geral; spoiler, a relatividade geral se mantém firme e forte.

No geral, a nova coleção de eventos de fusão não é apenas uma forma de estudar as colisões. Isso nos dá uma maneira de estudar diretamente os buracos negros, que – como não emitem radiação detectável – são notoriamente difíceis de sondar.

Graças às ondas gravitacionais, sabemos muito mais sobre esses objetos do que sabíamos há um ano.

“A fusão de buracos negros binários e estrelas de nêutrons binárias é um laboratório único para nós”, disse Berry.

“Podemos usá-los para estudar a gravidade – até agora a relatividade geral de Einstein passou em todos os testes – e a astrofísica de como estrelas massivas vivem suas vidas. LIGO e Virgo transformaram nossa capacidade de observar esses sistemas binários e, conforme nossos detectores melhoram, a taxa de descoberta tende a acelerar”.

A LIGO fez o upload dos artigos em seu site enquanto eles aguardam a revisão por pares. Eles podem ser encontrados aquiaquiaqui e aqui.