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Uma fusão "proibida" entre dois buracos negros massivos pode não ter sido tão impossível quanto se pensava anteriormente. É o que sugere uma nova pesquisa que indica que os buracos negros envolvidos eram menores do que o esperado.
Em 23 de novembro de 2023, o detector de ondas gravitacionais LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser) detectou pequenas ondulações no espaço-tempo causadas pela fusão de dois buracos negros. O que foi incrível nesse sinal, designado GW231123, foi que ele parecia ser o resultado da colisão de um buraco negro com 140 vezes a massa do Sol com outro que continha 100 vezes a massa solar.
Isso causou surpresa entre os pesquisadores, pois os modelos usuais de evolução estelar têm dificuldade em explicar buracos negros tão massivos, especialmente aqueles que pareciam girar tão rápido quanto esses dois. Enquanto os cientistas vêm tentando explicar como um sistema binário de buracos negros tão incomum pôde se formar, a equipe por trás desta nova pesquisa sugere que não há necessidade de explicação. Eles acreditam que as massas desses buracos negros eram uma ilusão.
A chave para essa ilusão é um fenômeno chamado lente gravitacional, previsto pela primeira vez pela teoria da gravidade de Albert Einstein, a relatividade geral, de 1915, que também previu a existência de ondas gravitacionais. Essa teoria afirma que objetos com massa causam a curvatura do espaço-tempo, unidos como uma entidade quadridimensional chamada "espaço-tempo."
Quanto mais massa um objeto possui, maior a curvatura e, como a gravidade surge dessa curvatura, maior a influência gravitacional.
O efeito de lente gravitacional ocorre quando a luz de um objeto em segundo plano atravessa um objeto massivo em primeiro plano. O objeto em primeiro plano pode distorcer o tecido do espaço-tempo de tal forma que a trajetória da luz se torna curva. Isso significa que a luz da mesma fonte em segundo plano pode chegar à Terra em momentos diferentes, dependendo de quanto essa luz foi desviada.
Essa diferença no tempo de propagação pode amplificar uma fonte de fundo, e tem sido usada com grande eficácia para observar galáxias distantes e antigas, normalmente muito tênues para serem vistas.
Essa equipe de pesquisa acredita que o efeito também se aplica às ondas gravitacionais, sugerindo que o sinal GW231123 é um exemplo de ondulações no espaço-tempo causadas por lentes gravitacionais, que fizeram com que os buracos negros parecessem maiores do que realmente são.
Assim como a luz, as ondas gravitacionais também podem ser desviadas, amplificadas e divididas em múltiplos sinais por objetos massivos”, disse Miguel Zumalacárregui, líder do grupo no Departamento de Relatividade Astrofísica e Cosmológica do Instituto Albert Einstein (AEI), em um comunicado. “Para as ondas gravitacionais, os efeitos de difração e interferência nos fornecem uma maneira adicional de identificar e estudar sinais distorcidos por lentes gravitacionais”.
Diagrama (sem escala) de como funciona a lente gravitacional. (NASA, ESA e L. Calçada) Para investigar essa possibilidade, a equipe desenvolveu um modelo matemático de lente gravitacional e criou um software poderoso e rápido o suficiente para analisá-lo.
Se assumirmos que GW231123 foi desviado e distorcido por um objeto compacto de cerca de 190 a 850 massas solares — ou por uma estrutura extensa como um aglomerado globular — podemos entender as altas massas observadas”, disse Srashti Goyal, membro da equipe que trabalhava no AEI quando conduziu a pesquisa. “Além disso, a interpretação de lente gravitacional não exige rotações excepcionalmente altas”.
Quando a equipe modelou o evento levando essa consideração em conta, descobriu que a fusão envolvia um sistema com uma massa de 140 massas solares, em vez do sistema de 240 massas solares teorizado inicialmente.
Uma simulação da fusão de buracos negros. (Centro de Voos Espaciais). A equipe não sabe ao certo qual objeto massivo é responsável por focalizar o sinal de onda gravitacional GW231123. Mas, seja o que for, se a equipe estiver correta, a lente pode ser algo muito especial.
A natureza da lente permanece um grande mistério em nossa análise, já que lentes compactas individuais com 100 a 1.000 massas solares deveriam ser extremamente raras”, disse Zumalacárregui. “Trabalhos futuros precisarão estabelecer se tais lentes podem se formar ou se um conjunto de objetos mais leves, incluindo estrelas, pode explicar esse evento”.
A equipe ainda não pode afirmar com certeza se GW231123 é o primeiro sinal de onda gravitacional com lente gravitacional. Encontrar futuros sinais desse tipo exigirá melhorias na sensibilidade de detectores como o LIGO.
Embora isso ainda não aconteça, a pesquisa já aponta para a utilidade da astronomia de ondas gravitacionais no estudo de alguns dos eventos mais violentos do universo.
A pesquisa da equipe foi publicada em 25 de agosto no periódico Astrophysical Journal Letters.
