UM atualização recente do catálogo LIGO mais do que duplicou o número de sinais de ondas gravitacionais confirmados – ondulações no espaço-tempo causadas por eventos cataclísmicos. E os astrônomos já estão chegando a algumas conclusões chocantes ao analisar o conjunto de dados renovado.
Em um Natureza artigo publicado hoje, os pesquisadores confirmaram a primeira evidência de supernovas com instabilidade de pares, fazendo isso com ondas gravitacionais. Estas supernovas únicas surgem quando estrelas muito massivas e extremamente quentes se extinguem numa explosão termonuclear que erradica a estrela, não deixando nada para trás para que qualquer outra coisa se forme nas proximidades, muito menos buracos negros. Os cientistas teorizaram há muito tempo que os buracos negros não poderiam formar-se dentro desta “lacuna de instabilidade de pares”, que se prevê variar entre 50 e 130 vezes a massa do Sol. Mas encontrar provas sólidas destas explosões revelou-se difícil – até agora.
“As supernovas com instabilidade de pares têm sido difíceis de confirmar através de observações diretas baseadas na luz porque são raras, distantes e deixam poucos vestígios diretos que possam ser identificados de forma única,” Hui Tongprincipal autor do estudo e estudante de doutorado na Monash University, na Austrália, disse ao Gizmodo.
As ondas gravitacionais, por outro lado, permitem um rastreamento “indireto” de explosões estelares, acrescentou Tong, o que significa que os investigadores têm agora uma forma de “reconstruir indiretamente os resultados das explosões estelares, através da população de buracos negros que deixam para trás”.
Rastreando o invisível
Desde a descoberta das ondas gravitacionais, ganhadora do Nobel, em 2015, a Colaboração LIGO tem captado consistentemente alguns sinais verdadeiramente desconcertantes. No verão passado, anunciou a detecção da fusão mais colossal já encontrada, cujo produto final foi um buraco negro gigantesco com mais de 225 vezes a massa do Sol.
Além do seu tamanho, os pais do buraco negro monstruoso pareciam estar dentro da lacuna de instabilidade de pares, com 103 e 137 vezes a massa do Sol, respectivamente. A descoberta demonstrou aos astrónomos o potencial das ondas gravitacionais no estudo de fenómenos “invisíveis” como os buracos negros, bem como a necessidade de reavaliar a nossa compreensão do que é teoricamente impossível na astronomia dos buracos negros.
“A detecção de ondas gravitacionais permite-nos ‘ouvir’ as colisões violentas dos objetos mais compactos do universo”, explicou Tong. Isso “abriu uma nova janela para o universo”, acrescentou, “revelando populações de buracos negros que antes eram inacessíveis e remodelando a nossa compreensão de como estrelas massivas vivem e morrem”.
(O vídeo abaixo não está diretamente relacionado às novas descobertas, mas mostra o que Tong quer dizer com ondas gravitacionais que nos permitem “ouvir” colisões violentas no universo.)
Pesquisando ondulações no espaço-tempo
Para ser claro, o estudo mais recente aborda totalmente a viabilidade de supernovas com instabilidade de pares. O anúncio do ano passado discute um buraco negro de dois buracos negros com massas dentro da lacuna, presumivelmente criada por supernovas com instabilidade de pares. Portanto, as duas descobertas diferem ligeiramente no foco, mas estão inerentemente relacionadas na nossa busca para compreender as muitas incógnitas da evolução estelar.
Para o novo estudo, Tong e colegas realizaram uma análise estatística do “censo cósmico” de buracos negros com base em dados do LIGO. De acordo com Tong, o seu objetivo principal era “testar se há uma escassez de buracos negros em sistemas em fusão com determinadas massas, conforme previsto pela física da instabilidade de pares, e o que isto nos pode dizer sobre como os buracos negros e as suas estrelas-mãe se formam e evoluem”.
A sua investigação apresentou uma lacuna “inequívoca” na distribuição de massas secundárias – o menor de dois buracos negros em fusões – entre cerca de 44 e 116 vezes a massa do Sol, de acordo com o artigo. Fascinantemente, esta observação permitiu à equipa traçar indirectamente o seu caminho de regresso desde os remanescentes (buracos negros) até à estrela moribunda (supernovas).
Fique ligado (literalmente)
Tong disse ao Gizmodo que as novas descobertas ainda precisam ser testadas mais detalhadamente para que os astrônomos entendam a forma exata e os mecanismos físicos da lacuna. Para Tong, o aspecto mais notável das descobertas é a rapidez com que as coisas estão progredindo na astronomia de ondas gravitacionais. Antes de 2015, “não tínhamos forma direta de saber se existiam buracos negros com massas dezenas de vezes superiores à massa do Sol, porque estes sistemas são essencialmente invisíveis à luz”, disse ele.
Mas agora, o LIGO e seus parceiros identificam centenas de candidatos a ondas gravitacionais –quase diariamente, naquele—dando aos pesquisadores um fluxo constante de informações para testar hipóteses como nunca antes. Quando a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais for lançada, na década de 2030, poderemos estar a observar dezenas de milhares de sinais por ano.
“Este seria um grande salto em frente”, disse Tong. “Com esta visão muito mais rica, seremos capazes de comparar diferentes ideias sobre como as estrelas massivas vivem e morrem e ligar a população observada de buracos negros diretamente à física da estrutura estelar e das reações nucleares. Desta forma, as ondas gravitacionais tornar-se-ão uma ferramenta poderosa para compreender como as estrelas mais massivas moldam o Universo.”
