A origem dos buracos negros binários pode ter sido revelada — mais perto do que imaginávamos

International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

Impressão artística de um buraco negro num sistema binário

A origem dos buracos negros binários permanece um mistério, uma vez que existem duas hipóteses atuais relativamente à sua formação: “evolução binária de campo” e “montagem dinâmica”.

Uma equipa de investigadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) utilizou vários modelos de computador para examinar 69 buracos negros binários confirmados para ajudar a determinar a sua origem e descobriu que os seus resultados de dados foram alterados com base nas configurações do modelo.

Através das conclusões publicadas na Astronomy and Astrophysical Letters, é possível compreender que, essencialmente, o input alterou consistentemente o output, e os investigadores desejam compreender melhor tanto como e porquê isto ocorre e que medidas podem ser tomadas para ter resultados mais consistentes.

“Quando se muda o modelo e se torna mais flexível ou se fazem pressupostos diferentes, obtém-se uma resposta diferente sobre como se formaram buracos negros no universo”, disse Sylvia Biscoveanu, uma estudante graduada do MIT a trabalhar no Laboratório LIGO, e uma co-autora do estudo, numa declaração. “Mostramos que as pessoas precisam de ter cuidado porque ainda não estamos na fase em que os nossos dados nos permitem acreditar no que o modelo nos diz”.

Tal como as estrelas binárias, os buracos negros binários são dois objetos maciços que orbitam um ao outro, tendo ambos a capacidade de potencialmente colidir — ou fundir — juntos, sendo uma outra característica comum os buracos negros que por vezes nascem do colapso de estrelas maciças moribundas, também conhecidas como uma supernova.

Mas a origem dos buracos negros binários permanece um mistério, uma vez que existem duas hipóteses atuais relativamente à sua formação: “evolução binária de campo” e “montagem dinâmica“.

A evolução binária de campo envolve quando um par de estrelas binárias explode, resultando em dois buracos negros no seu lugar, que continuam a orbitar-se um ao outro da mesma forma que antes. Uma vez que inicialmente orbitaram um ao outro como estrelas binárias, acredita-se que as suas rotações e inclinações também devem ser alinhadas.

Os cientistas também fazem a hipótese de que as suas rotações alinhadas indicam que tiveram origem num disco galáctico, dado o seu ambiente relativamente pacífico.

A montagem dinâmica, por sua vez, ocorre quando dois buracos negros individuais, cada um com a sua rotação e inclinação, são juntos através de processos de força astrofísica extrema, o que permite a formação de seu próprio sistema de buraco negro binário. Atualmente, é possível que este emparelhamento aconteça num ambiente denso, tal como um aglomerado globular, onde milhares de estrelas em estreita proximidade poderiam forçar dois buracos negros juntos.

A questão que intriga os cientistas é: que parte de buracos negros binários tem origem em cada método? Os astrónomos acreditam que esta resposta reside nos dados, especificamente nas medidas de rotação dos buracos negros. Na mesma pesquisa, e utilizando os 69 buracos negros binários confirmados, os astrónomos determinaram que estes objetos maciços poderiam ter origem tanto em aglomerados globulares como em discos galácticos.

O Laboratório LIGO nos Estados Unidos trabalhou com o seu homólogo italiano, Virgo, para determinar as rotações (períodos de rotação) dos 69 buracos negros binários confirmados. “Mas queríamos saber se temos dados suficientes para fazer esta distinção”, disse Biscoveanu. “E acontece que as coisas são confusas e incertas, e é mais difícil do que parece”.

Para o estudo, os investigadores ajustaram continuamente uma série de modelos de computador para verificar se os seus resultados estavam de acordo com as previsões de cada modelo.

Um desses modelos foi configurado para assumir que apenas uma fração de buracos negros binários foram produzidos com rotações alinhadas, onde os restantes têm rotações aleatórias. Outro modelo foi configurado para prever uma orientação moderadamente contrastante das rotações. No final, os seus resultados indicaram que os resultados mudaram consistentemente, de acordo com os modelos afinados.

Essencialmente, os resultados foram alterados consistentemente com base nos ajustes do modelo, o que significa que é provável que sejam necessários mais dados do que os 69 buracos negros binários confirmados para se obterem resultados mais consistentes. “O nosso documento mostra que o seu resultado depende inteiramente da forma como modela a sua astrofísica, e não dos dados em si”, disse Biscoveanu.

“Precisamos de mais dados do que pensávamos, se quisermos fazer uma afirmação independente dos pressupostos astrofísicos que fazemos”, disse Salvatore Vitale, que é professor associado de física, membro do Instituto Kavli de Astrofísica e Investigação Espacial no MIT, e autor principal do estudo.

Vitale estima que a rede LIGO será capaz de detectar um novo buraco negro binário de poucos em poucos dias, uma vez que a rede regresse ao serviço no início de 2023. “As medições das rotações que temos agora são muito incertas“, disse Vitale.

“Mas à medida que acumulamos muitas delas, podemos obter melhor informação. Depois podemos dizer, independentemente do detalhe do meu modelo, os dados contam-me sempre a mesma história — uma história em que podíamos então acreditar”.

ZAP //

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