Quando o LIGO deu a notícia de uma fusão ininteligível de buracos negros no início deste ano, os físicos ficaram surpresos, mas confiaram que algum dia encontrariam uma explicação. Eles provavelmente não esperavam a resposta esse em breve, no entanto.
Mas no momento em que ocorreu a fusão supostamente impossível, uma possível explicação para ela surgiu com uma rapidez surpreendente. Os astrônomos realizaram diferentes simulações de como uma estrela massiva poderia colapsar em buracos negros de tamanho menor do que o esperado – inclusive dentro de uma “lacuna de massa” onde buracos negros não deveriam existir. A nova análise, publicada em 10 de novembro em As cartas do jornal astrofísicodemonstra como os campos magnéticos podem reduzir parte da massa dos buracos negros, o que significa que buracos negros que pensávamos serem impossíveis podem realmente existir e provavelmente formar-se com mais frequência do que os cientistas imaginavam.
“Ninguém considerou estes sistemas da forma como nós o fizemos; anteriormente, os astrónomos apenas tomavam um atalho e negligenciavam os campos magnéticos,” disse Ore Gottlieb, astrofísico do Centro de Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron e principal autor do estudo, num declaração. “Mas uma vez considerados os campos magnéticos, podemos realmente explicar as origens deste evento único.”
Uma fusão “proibida”
No início deste verão, a Colaboração LIGO divulgou informações sobre GW231123, um sinal de onda gravitacional de duas galáxias massivas colidindo e se fundindo. As ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo resultantes de eventos cósmicos cataclísmicos – permitem aos investigadores compreender as principais propriedades dos buracos negros sem terem de depender de fontes baseadas em luz.
O que foi chocante sobre GW231123 foi que a fusão produziu um buraco negro tão gigantesco – mais de 225 vezes a massa do nosso Sol – que seu tamanho foi “proibido” de acordo com modelos cosmológicos padrão, Mark Hannam, membro do LIGO e físico da Universidade de Cardiff, explicou em um artigo anterior. declaração.
Também não fazia sentido como os dois buracos negros, cada um com 137 e 103 vezes a massa do Sol, conseguiam manter-se juntos enquanto giravam a 400.000 vezes a velocidade de rotação da Terra. Estas massas também se encontram dentro de uma infame “lacuna de massa” para buracos negros que emergem de estrelas massivas, aumentando o mistério.
O colapso destrutivo de estrelas gigantescas, conhecidas como supernovas de instabilidade de pares, raramente deixa algo para trás. O cemitério estelar resultante evita a formação de buracos negros na faixa de massa de 70 a 140 vezes a massa do Sol, explicou Gottlieb. Isso é conhecido como “lacuna de massa”.
Quebrando o impossível
A equipa abordou o mistério destas lacunas de massa executando simulações em duas fases separadas para testar a viabilidade dos dois buracos negros da fusão GW231123. Especificamente, a equipe traçou toda a vida útil de um buraco negro, começando com o nascimento de uma estrela gigante com 250 vezes a massa do Sol.
Quando esta estrela hipotética queimou hidrogénio suficiente para se tornar uma supernova, já tinha diminuído para cerca de 150 vezes a massa do Sol – brand acima da diferença de massa. A segunda etapa das simulações foi mais complexa, traçando a massa, o spin e o campo magnético do buraco negro que segue a supernova. Foi então que a anomalia surgiu.
À medida que a estrela moribunda espiralava em direcção a uma morte explosiva, os campos magnéticos que rodeavam o cemitério estelar ejectavam alguns dos detritos para longe do buraco negro, quase à velocidade da luz. Esta ligeira ejeção reduziu parte da massa do buraco negro ultimate – deixando o produto ultimate dentro da lacuna de massa. Simulações adicionais revelaram que, em casos extremos, a influência dos campos magnéticos poderia eliminar até metade da massa unique da estrela para produzir um buraco negro muito menor, observou o estudo.
“Descobrimos que a presença de rotação e de campos magnéticos pode alterar fundamentalmente a evolução pós-colapso da estrela, tornando a massa do buraco negro potencialmente significativamente menor do que a massa complete da estrela em colapso”, disse Gottlieb.
Mas espere, tem mais
As descobertas desafiam as crenças anteriores de que a massa ultimate de um buraco negro geralmente corresponde à da estrela de onde veio. Pode haver resultados diferentes para estrelas diferentes, admitiram os investigadores no seu artigo, mas mesmo assim as simulações apresentam um cenário possível para GW231123.
Ainda assim, como admitem os investigadores, isto é apenas uma simulação – uma aproximação das condições da vida actual. Olhando para o futuro, a equipa planeia procurar buracos negros reais formados em condições semelhantes às do GW231123. As supernovas e os buracos negros que se seguem também são eventos incrivelmente energéticos, produzindo outros fenómenos astrofísicos, como explosões de raios gama ou vários transientes de energia. Estes poderiam funcionar como assinaturas para encontrar buracos negros promissores, sugeriu o artigo.
Esta descoberta é uma mistura notável de algo que prova e refuta o consenso astrofísico: estrelas em colapso podem produzir buracos negros que cabem dentro da lacuna de massa, e as massas dos buracos negros não precisam ser semelhantes às da estrela fonte. A simulação é baseada em princípios teóricos bem compreendidos, mas os seus resultados sugerem algo contrário ao que os investigadores acreditam sobre os buracos negros. De certa forma, é um lembrete de que o universo é muito mais complexo do que poderíamos imaginar.
