Quem sabe o que se esconde no coração de alguns aglomerados globulares? Os astrónomos, usando uma coleção de observatórios de ondas gravitacionais, encontraram evidências de coleções de buracos negros menores a dançar juntos como binários no coração dos globulares.
Além disso, eles detetaram um aumento no número de eventos de ondas gravitacionais quando alguns desses buracos negros de massa estelar colidiram.
Buracos negros de massa estelar num ambiente superlotado
Buracos negros são objetos notoriamente complicados. Os tipos de massa estelar se formam quando estrelas supermassivas morrem e colapsam sobre si mesmas.
Normalmente, não devem ser capazes de se fundir facilmente. Uma vez que os buracos negros ficam bastante próximos em pares binários, eles podem estabelecer-se em órbitas bastante estáveis entre si. A situação muda, no entanto, se eles estiverem dançando juntos num ambiente lotado. Na verdade, isso descreve os aglomerados globulares com precisão.
Estas aglomerações estelares contêm dezenas de milhares ou até milhões de estrelas agrupadas. Essas estrelas estão fortemente ligadas gravitacionalmente, o que cria um “gradiente” de gravidade de fora para o núcleo.
À medida que as estrelas supermassivas velhas num globo globular morrem, algumas acabam como buracos negros de massa estelar. Eventualmente, afundam-se no núcleo do cluster. Isso chama-se “segregação em massa”. Eventualmente, criam uma espécie de “núcleo escuro invisível”.
Os buracos negros em pares binários no aglomerado têm maior probabilidade de se fundir. Eles recebem uma pequena ajuda dos seus vizinhos ao longo do caminho. Qualquer objeto massivo próximo pode remover a energia orbital do par binário. Os astrónomos chamam a isso “interações dinâmicas”. A perda de energia os aproxima e afeta a forma da órbita para torná-la mais alongada. Isso tira o par de buracos negros da órbita estável de que desfrutavam.
Se isso é realmente o que está acontecendo, então os buracos negros passam cada vez mais próximos sob o efeito da interação gravitacional. Eventualmente, ocorre uma fusão. Isso desencadeia ondas gravitacionais que podemos detetar aqui na Terra.
Quando dois buracos negros estão numa órbita tão alongada, o seu sinal de onda gravitacional tem “impressões digitais” características, que podem ser estudadas em busca de pistas de onde os dois objetos se encontraram.
Aprendendo com fusões de buracos negros em globulares
Uma equipa de investigadores trabalhou para estudar essas formas orbitais dos buracos negros binários pouco antes de se fundirem.
Os cientistas descobriram que alguns dos binários observados pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA (uma cooperativa entre três observatórios de ondas gravitacionais) provavelmente têm essas órbitas alongadas.
Isso indica que os binários colidiram com o seu núcleo de aglomerados estelares densamente povoado. Estas descobertas também indicam que uma grande parte das colisões de buracos negros binários observadas – pelo menos 35% – podem ter sido forjadas em tais aglomerados estelares.
“Gosto de pensar em binários de buracos negros como parceiros de dança”, disse Isobel Romero-Shaw, autora principal do estudo. “Quando um par de buracos negros evolui juntos e isolados, são como um casal a dançar uma valsa lenta”.
Há muitas dessas danças colisionais para estudar. Desde 2015, pelo menos 85 pares de buracos negros colidiram e foram detectados pela Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA. Com base nessa descoberta, os astrónomos do consórcio sabem que essas colisões cósmicas acontecem com bastante frequência.
Os próximos passos são observar o maior número possível deles, particularmente com instrumentação cada vez melhor. À medida que a sensibilidade do detetor melhora, os cientistas devem sentir esses eventos de ondas gravitacionais com frequência – talvez diariamente. A grande questão permanece, no entanto, o que dá início ao evento de fusão final? É isso que as equipes esperam descobrir ao observar mais deles no coração dos aglomerados globulares.
Sobre a colaboração LIGO-Virgo-KAGRA
A pesquisa de ondas gravitacionais nesses tipos de fusões requer cooperação mundial. Isso porque vários detectores de ondas gravitacionais podem facilitar o estudo de eventos verificados.
Os observatórios gêmeos LIGO nos Estados Unidos trabalham em conjunto com a instalação Virgo na Itália e o observatório KAGRA no Japão. Realizam observações conjuntas e análises dos dados resultantes e trabalham juntos desde 2010.
A equipa de pesquisa agora espera detectar mais fusões de binários em aglomerados globulares durante a próxima execução de observação do LIGO-Virgo-KAGRA, que começa em 2023.
ZAP // Universe Today
