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Detectada onda gravitacional que pode ajudar a resolver mistério cósmico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/04/2024

Detectada onda gravitacional da fusão de objetos na lacuna de massa

Visão artística da coalescência e fusão de um buraco negro na lacuna de massa (superfície cinza escuro) com uma estrela de nêutrons, com cores que variam do azul escuro (60 gramas por centímetro cúbico) ao branco (600 quilogramas por centímetro cúbico), mostrando as fortes deformações do material de baixa densidade da estrela de nêutrons.
[Imagem: I. Markin/T. Dietrich/H. Pfeiffer/A. Buonanno]

Fusão inédita

A colaboração internacional de detectores gravitacionais LIGO-Virgo-KAGRA detectou um sinal de onda gravitacional nunca antes visto, que poderá ser a chave para resolver um mistério cósmico.

O detector LIGO Livingston, localizado no estado da Louisiana, nos EUA, observou um sinal de onda gravitacional, chamado GW230529, proveniente de algo que parece ser a colisão de uma estrela de nêutrons com um objeto compacto, que tem 2,5 a 4,5 vezes a massa do nosso Sol.

Estrelas de nêutrons e buracos negros são objetos compactos, remanescentes densos de explosões estelares massivas, mas o que torna este sinal intrigante é a massa do objeto mais pesado, que fica bem dentro de uma lacuna de massa entre as estrelas de nêutrons mais pesadas conhecidas e os buracos negros mais leves.

O sinal de ondas gravitacionais por si só não consegue revelar a natureza desse objeto, de modo que futuras detecções de eventos semelhantes, especialmente aqueles acompanhados por explosões de radiação eletromagnética, poderão ajudar a resolver esta questão. Além disso, como este evento foi visto por apenas um detector, não é possível avaliar se ele é real ou não.

"A nossa análise mostra que o objeto mais pesado tinha uma massa cerca de 2,5 a 4,5 vezes a do Sol, enquanto o objeto mais leve tinha apenas cerca de 1,2 a 2,0 vezes a massa do Sol. Não conseguimos determinar com certeza se os objetos compactos são buracos negros ou estrelas de nêutrons, já que o sinal da onda gravitacional não fornece informação suficiente. No entanto, é muito provável que se trate da fusão entre um buraco negro e uma estrela de nêutrons. De qualquer forma, estamos muito confiantes de que o objeto mais pesado se enquadra na lacuna de massa," disse o professor Geraint Pratten, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido.

Detectada onda gravitacional da fusão de objetos na

Simulação numérica da fusão. O sinal da onda gravitacional é representado por um conjunto de valores de amplitude de deformação de polarização positiva usando cores de azul escuro a ciano.
[Imagem: I. Markin/T. Dietrich/H. Pfeiffer/A. Buonanno]

Lacuna de massa

Antes da primeira detecção de ondas gravitacionais, em 2015, as massas dos buracos negros de massa estelar eram calculadas principalmente através de observações de raios X, enquanto as massas das estrelas de nêutrons era calculadas através de observações de radiofrequências. Essas medições caem em duas faixas distintas, com uma diferença entre elas de cerca de 2 a 5 vezes a massa do nosso Sol. Ao longo dos anos, um pequeno número de medições ocupou esse intervalo, mas a diferença de massa permanece objeto de debate intenso entre os astrofísicos.

Desde então, as observações de ondas gravitacionais forneceram quase 200 medições de massas de objetos compactos. Destas, apenas uma outra fusão pode ter envolvido um objeto compacto na lacuna de massa - o sinal GW190814 veio da fusão de um buraco negro com um objeto compacto que excede a massa das estrelas de nêutrons mais pesadas conhecidas e possivelmente dentro da lacuna de massa.

"Embora evidências anteriores de objetos na 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," disse a professora Sylvia Biscoveanu, da Universidade do Northwestern, nos EUA. "A observação deste sistema tem implicações importantes tanto para as teorias da evolução binária quanto para as equivalentes eletromagnéticas das fusões de objetos compactos."

O conjunto de observatórios LIGO-Virgo-KAGRA já entrou agora na quarta rodada de coleta de dados, que deverá durar 20 meses. Contudo, o sinal GW230529, divulgado agora, é o primeiro a ser divulgado da rodada três, que possui ainda 80 outros sinais significativos que ainda estão sendo analisados pela equipe.