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Ondas gravitacionais podem revelar formato de buracos negros após colidirem

Daniele Cavalcante
·3 minutos de leitura

Buracos negros não podem ser observados, pois não produzem nem refletem luz, mas isso não impede que os cientistas consigam detectá-los e saber algumas coisas sobre eles. Há alguns meios de fazer isso, e um deles é através das ondas gravitacionais durante uma colisão. Um novo estudo publicado na Nature mostra como as ondas geradas pela colisão entre dois buracos negros podem revelar detalhes sobre a forma que os objetos ganham ao se fundirem.

A colisão entre dois buracos negros é um dos eventos mais cataclísmicos do universo. Estes objetos são altamente massivos e exercem grande força gravitacional sobre outros corpos que se aproximam. Quando são dois buracos negros se atraindo de modo que a colisão se torna inevitável, ondas de choque gravitacionais são produzidas no tecido do espaço-tempo, mais ou menos como as ondulações que aparecem nas águas calmas de um ao jogarmos uma pedra.

Essas ondas foram previstas por Einstein na Teoria da Relatividade Geral, mas a primeira detecção de uma onda gravitacional só aconteceu em 2016, quando os cientistas conseguiram encontrar sinais de uma colisão entre dois buracos negros. Quando um impacto desse tipo acontece, uma enorme quantidade de energia é liberada enquanto um novo buraco negro se forma como resultado da fusão. Mas qual é o formato deste novo buraco negro? É isto que os autores do novo estudo querem saber.

Por isso, eles propõem um método que usa as próprias ondas gravitacionais geradas pelo impacto para medir e observar o buraco negro resultante. Os cientistas especulam que após uma fusão, o comportamento deste novo objeto criado é a chave para compreendermos melhor a gravidade. O coautor do estudo Christopher Evans diz que a equipe fez simulações de colisões de buracos negros usando supercomputadores e comparou a forma do novo buraco negro com as as ondas gravitacionais que ele emite.

Ilustração artística de uma cúspide de buraco negro (Imagem: Reprodução/C. Evans; J.C. Bustillo)
Ilustração artística de uma cúspide de buraco negro (Imagem: Reprodução/C. Evans; J.C. Bustillo)

Assim, eles notaram que “esses sinais são muito mais ricos e complexos do que comumente se pensa, o que nos permite aprender mais sobre a forma extremamente mutável do buraco negro final”. Conhecidos como “chirps”, os sinais emitidos por essas ondas gravitacionais são bem simples e, conforme os dois buracos negros se aproximam, o sinal indica a velocidade e o raio da órbita. “O tom e a amplitude do sinal aumentam à medida que os dois buracos negros se aproximam cada vez mais rápido”, explica outro autor do estudo, Calderón Bustillo. “Após a colisão, o buraco negro remanescente final emite um sinal com um tom constante e amplitude decrescente — como o som de um sino sendo tocado”.

Uma estranha surpresa

Todas essas as conclusões da simulação são consistentes com as observações de ondas gravitacionais realizadas, mas os autores do estudo descobriram algo completamente diferente quando a colisão for observada de outro ponto de vista, a partir do “equador” do buraco negro final. Ao fazer isso, eles viram um sinal mais complexo, “com um tom que sobe e desce algumas vezes antes de morrer”, explica o professor Bustillo. "Em outras palavras, o buraco negro na verdade [emite] chirps várias vezes".

Isso foi uma descoberta inesperada, e a equipe percebeu que esse fenômeno está relacionado à forma do buraco negro final. “Quando os dois buracos negros ‘pais’ são de tamanhos diferentes, o buraco negro final inicialmente parece uma castanha, com cúspide de um lado e dorso mais largo e liso do outro”, disse Bustillo, explicando que o objeto final emite ondas gravitacionais mais intensas através de suas regiões mais curvas, que são aquelas ao redor de sua cúspide, porque o próprio buraco negro está girando.

Pablo Laguna, coautor do artigo, conta que há muito tempo os cientistas conjecturam essa relação entre as ondas gravitacionais e o comportamento do buraco negro final resultante de colisões. Entretanto, o estudo dessa equipe “fornece o primeiro exemplo explícito desse tipo de relação”, afirmou o professor.

Fonte: Canaltech

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