Os astrônomos em breve poderão ver dois buracos negros supermassivos em uma espiral mortal vertiginosa, depois que os pesquisadores descobrirem como esses gigantes escuros lentes gravitacionais as estrelas atrás deles enquanto giram em torno uma da outra.
quase todos os grandes galáxia hospedar um buraco negro supermassivoqualidade variando de milhões de vezes a nossa sol (Por exemplo buraco negro em nosso Via Láctea, Sagitário A*) para bilhões massa solar. Normalmente, existe apenas um único buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, mas quando duas galáxias se fundem, os seus buracos negros podem cair um em direção ao outro, eventualmente entrando nas órbitas um do outro e, muito depois disso, fundir-se numa explosão. ondas gravitacionais.
Os únicos pares de buracos negros supermassivos que os astrônomos descobriram até agora estão distantes um do outro e chegam a centenas ou milhares. anos-luz. No futuro, a Agência Espacial Europeia planeia construir um detector de ondas gravitacionais baseado no espaço chamado LISA (Laser Interferometer Space Antenna) para detectar ondas gravitacionais de baixa frequência emitidas quando estrelas binárias de buracos negros supermassivos se fundem. Cientistas chineses propuseram uma missão semelhante chamada “Tianqin”. Mas talvez até agora não exista outra maneira conhecida de descobrir tais binários.
“A perspectiva de identificar binários de buracos negros supermassivos em espiral anos antes de futuros detectores de ondas gravitacionais baseados no espaço se tornarem operacionais é muito emocionante”, disse Benis Kocsis, da Universidade de Oxford, em um relatório. declaração. “Isso abre a porta para estudos reais de buracos negros multi-mensageiros, permitindo-nos testar gravidade Estude a física dos buracos negros de uma maneira totalmente nova. “
Cocchis faz parte de uma equipa de astrónomos da Universidade de Oxford e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, na Alemanha, que mostrou como as lentes gravitacionais de buracos negros binários podem revelar a sua presença em galáxias distantes.
Lente gravitacional é um fenômeno causado por objetos massivos que distorcem a estrutura do espaço-tempo ao seu redor devido à influência de sua gravidade, alterando o caminho da luz que se move ao longo dessa estrutura distorcida, de modo que os objetos de fundo parecem ampliados e às vezes até divididos em múltiplas imagens.
Quando há apenas um buraco negro, as estrelas de fundo devem estar perfeitamente alinhadas com ele para serem lentes. Para buracos negros binários, entretanto, as coisas mudam.
“A probabilidade de a luz estelar de um sistema binário ser bastante amplificada é muito maior em comparação com a de um único buraco negro”, disse Cochise.
Os buracos negros binários agem como um par de lentes rotativas porque orbitam seu centro de massa comum. Isso cria uma região em forma de diamante de eventos de lente quase periódicos, chamada de “curva cáustica”, ao longo da qual a intensidade do efeito de lente é amplificada.
Como resultado, as estrelas de fundo alinhadas com as curvas cáusticas piscam periodicamente à medida que a sua luz é amplificada numa escala de tempo de vários anos correspondente ao período orbital do buraco negro. Outras vezes, talvez nem consigamos ver a estrela porque as galáxias que hospedam buracos negros supermassivos gêmeos estão muito distantes.
“À medida que o binário se move, a curva cáustica gira e muda de forma, varrendo um grande número de estrelas para trás”, disse o estudante de doutorado Hanxi Wang. estudante da Universidade de Oxford, em comunicado. “Se uma estrela brilhante estiver localizada nesta região, produzirá um clarão invulgarmente brilhante sempre que os cáusticos passarem por ela. Isto resulta em explosões repetidas de luz estelar que fornecem uma assinatura clara e única para binários de buracos negros supermassivos.”
No entanto, isto não permanecerá assim para sempre, uma vez que a órbita do buraco negro está a diminuir.
Os buracos negros perdem energia orbital entre si, e essa energia é transportada na forma de ondas gravitacionais. À medida que se aproximam, a órbita do buraco negro começa a se mover cada vez mais rápido. Seriam necessários milhões de anos para que dois buracos negros perdessem energia orbital suficiente para se fundirem, mas o encurtamento das suas órbitas pode tornar-se aparente nas mudanças nas suas curvas cáusticas. Essas alterações modificarão a frequência dos eventos da lente e sua modulação do brilho máximo. As massas de ambos os buracos negros também podem ser codificadas nas cáusticas.
Modulações na frequência e no brilho máximo dos eventos de lente levam milhares ou milhões de anos para se tornarem aparentes. Na melhor das hipóteses, os astrônomos só podem tirar fotos de qualquer sistema binário de buraco negro supermassivo. No entanto, foram observados sistemas suficientemente semelhantes em diferentes fases da evolução orbital para que estes instantâneos possam ser reunidos para contar uma história mais ampla.
Felizmente, pesquisas detalhadas do céu noturno estão prestes a Observatório Vera Rubin no Chile e Telescópio Espacial Romano Nancy Grace O detector, com lançamento previsto para 2027, deverá ser poderoso o suficiente para detectar muitos eventos de lentes de buracos negros supermassivos binários em galáxias distantes. Depois, quando estiver operacional, esperançosamente em algum momento na década de 2030, o LISA poderá trabalhar com telescópios de rastreio para realizar um censo detalhado multi-mensageiros (ondas electromagnéticas e gravitacionais) dos buracos negros no Universo que estão a espiralar em direcção às suas inevitáveis fusões.
O estudo aparece na edição de 12 de fevereiro da revista Cartas de revisão física.
