A colaboração internacional LIGO-Virgo-KAGRA, incluindo o Observatório Europeu de Ondas Gravitacionais, anunciou a descoberta de dois eventos incomuns de ondas gravitacionais, registrados em outubro e novembro de 2024. Esses eventos — GW241011 e GW241110 — são a primeira confirmação confiável da fusão de buracos negros de segunda geração, acompanhados pelas primeiras anomalias detectadas na rotação desses objetos enigmáticos.
Fonte da imagem: LIGO-Virgo-KAGRA
Novas descobertas acrescentam fenômenos até então não observados à nossa compreensão da evolução dos buracos negros e dos processos fundamentais no Universo. As ondas gravitacionais foram previstas por Einstein em 1916 e detectadas pela primeira vez pelos observatórios LIGO (EUA) e Virgo (UE) em 2015. São ondulações no espaço-tempo geradas durante eventos extremamente energéticos no Universo — por exemplo, a fusão de buracos negros.
A detecção de ondas gravitacionais por si só fornece pouca informação sobre os processos que ocorrem. Detalhes sobre suas fontes são revelados por análises e modelagens extremamente complexas de todas as características do sinal. Em particular, a análise de dados nos permite determinar as massas dos buracos negros em colisão, sua velocidade e direção de rotação, a distância do evento e uma série de outros parâmetros. Além disso, a precisão do reconhecimento do sinal aumenta à medida que novos dados se acumulam. Os cientistas afirmam estar preparados para expandir os limites da física conhecida se novos dados revelarem algo incomum — um feito possibilitado pelos detectores modernos. A propósito, o quarto ciclo de observação, iniciado em maio de 2023, está chegando ao fim. É notável pela adição do observatório japonês de ondas gravitacionais KAGRA.
Durante o quarto ciclo de observação, que terminará no próximo mês, aproximadamente 300 eventos gravitacionais foram registrados. Entre eles, os dois mencionados acima — GW241011 e GW241110 — foram os mais interessantes. O primeiro evento, GW241011, registrado em 11 de outubro de 2024, ocorreu a uma distância de 700 milhões de anos-luz e foi causado pela fusão de buracos negros com massas de 17 e 7 massas solares. O buraco negro mais massivoO buraco exibiu uma das maiores taxas de rotação de qualquer objeto observado anteriormente — estava próximo do limite teórico previsto pelo matemático Roy Kerr. Assim, os dados observacionais confirmaram mais uma vez as propriedades desses objetos previstas por Einstein.
O segundo evento, GW241110, detectado em 10 de novembro de 2024, ocorreu a uma distância de 2,4 bilhões de anos-luz e envolveu a fusão de buracos negros com massas de 16 e 8 massas solares. O surpreendente sobre esse evento foi que um dos buracos negros estava girando na direção oposta ao seu movimento orbital — a primeira observação desse tipo. Mais uma vez, a matemática do evento detectado está em total conformidade com as previsões de Einstein.
Ambos os eventos indicam a formação de buracos negros de “segunda geração”, formados por meio de fusões hierárquicas em ambientes densos, como aglomerados estelares. Pelo menos um buraco negro em cada par nasceu diretamente de uma estrela morta, e as fusões detectadas foram o próximo passo em seu acúmulo de massa. As rotações opostas dos buracos negros em fusão fornecem evidências adicionais de que eles se formaram em ambientes diferentes e a distâncias significativas uns dos outros. Pelo menos o objeto em contrarrotação surgiu e evoluiu em um ambiente dinâmico, demonstrando que os buracos negros evoluem como um sistema vivo, e não como um sistema fechado.
Por fim, a estabilidade a longo prazo das taxas de rotação do par de buracos negros distantes permite uma série de implicações importantes para a física fundamental. Anteriormente, a existência de bósons ultraleves hipotéticos era considerada dentro dessa estrutura. O evento GW241110 lança dúvidas sobre sua existência. Caso contrário, as taxas de rotação dos buracos negros antes da fusão GW241110 teriam sofrido mudanças significativas ao longo de bilhões de anos, já que os bósons produzidos ao redor do buraco negro teriam levado parte de sua energia e desacelerado sua rotação. No entanto,Isso não aconteceu. O Modelo Padrão permaneceu inabalável mais uma vez.