Os astrônomos descobriram o “ouro negro” – um tesouro de fusões de buracos negros. A descoberta foi feita analisando ondulações na estrutura do espaço-tempo, chamadas ondas gravitacionais.
O grande número de fusões incluídas no Gravitational Wave Transient Catalog 5.0 (GWTC-5), divulgado na terça-feira (26 de maio), pode mudar nossa compreensão de como os buracos negros se encontram e colidem. O catálogo mais recente contém 161 novos ondas gravitacionais Detector icônico de ondas gravitacionais ‘ouve’ sinais emitidos pela fusão de buracos negros Guangda (Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser), Virgo e KAGRA (Detector de Ondas Gravitacionais Kamiokande) de abril de 2024 até o final de janeiro de 2025.
traz o total buraco negro Fusões detectadas por meio de ondas gravitacionais de até 390.
Os destaques do GWTC-5 incluem a detecção de “fusões de segunda geração”, colisões entre dois buracos negros formados em fusões anteriores e a fusão local mais precisa já registrada. O primeiro poderia ajudar-nos a compreender melhor as cadeias de fusão que permitem que os buracos negros cresçam até milhões ou mesmo milhares de milhões de vezes a massa do Sol, enquanto o último poderia ajudar a desenvolver uma forma de utilizar tais eventos e os seus sinais de ondas gravitacionais para medir a rapidez com que o Universo se está a expandir.
“Esta grande atualização mais uma vez amplia e aprofunda a nossa compreensão do universo, permitindo-nos aprender mais sobre os seus objetos mais elusivos: buracos negros em colisão”, disse Daniel Williams, investigador do Instituto de Gravitação, num relatório. declaração. “Estamos agora a detectar tantos destes sinais que não estamos apenas a compreender colisões individuais; é o equivalente a descobrir uma civilização antiga.
“Os novos resultados de hoje são como descobrir um tesouro até então desconhecido, lançando luz não apenas sobre a vida dos indivíduos, mas sobre a estrutura de todo um mundo perdido.”
O que são ondas gravitacionais?
As ondas gravitacionais foram propostas pela primeira vez em 1915 como Albert EinsteinA teoria da gravidade é chamada relatividade geral. A relatividade geral afirma que objetos com massa fazem com que o espaço-tempo (a unidade quadridimensional do espaço e do tempo) se deforme. gravidade Produzida por esta distorção, significa que quanto maior a massa, maior a curvatura do espaço-tempo e mais forte a influência gravitacional.
A relatividade geral vai além disso, mostrando também que quando os objetos aceleram no espaço-tempo, eles criam ondulações que se irradiam à velocidade da luz: ondas gravitacionais. Embora Einstein tenha previsto originalmente tais ondulações no espaço-tempo, ele estava errado sobre um aspecto das ondas gravitacionais: ele pensava que os humanos nunca seriam capazes de detectá-las.
O LIGO detectou ondas gravitacionais pela primeira vez em 2015; o sinal veio da colisão e fusão de dois buracos negros gigantes a cerca de 1,3 bilhão de anos-luz de distância. Desde então, o LIGO, juntamente com os outros detectores Virgo e KAGRA, detectou múltiplas fusões entre pares de buracos negros, pares de estrelas de nêutrons ultradensas e até ondas gravitacionais produzidas por fusões híbridas entre buracos negros e estrelas de nêutrons.
A sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais só melhorou nos últimos anos e, atualmente, três a quatro detecções por semana durante a fase de operação de observação durante os desligamentos permitem melhorias adicionais.
“Há apenas uma década detectámos pela primeira vez ondas gravitacionais de um destes eventos, e agora estamos a detectar e analisar centenas de ondas gravitacionais, o que é um verdadeiro testemunho do trabalho de centenas de cientistas em todo o mundo”, disse Williams.
A detecção de ondas gravitacionais está fazendo algum barulho
Duas demonstrações impressionantes da importância dos dados do GWTC-5 são as detecções dos sinais GW241011 e GW241110 em 11 de outubro de 2024 e 11 de novembro de 2024, respectivamente. Eles são o resultado de duas fusões a 700 milhões de anos-luz de distância e uma a 2,4 bilhões de anos-luz de distância. A rápida rotação e direção de rotação dos buracos negros envolvidos indicam que os quatro buracos negros são objetos de segunda geração, o que significa que foram criados por fusões anteriores.
“Estas duas observações mostram sinais característicos de que o buraco negro maior em cada par não se formou diretamente a partir de uma estrela massiva, mas sim de uma fusão anterior de dois buracos negros”, disse Storm Coloms, do Instituto da Gravidade, num comunicado. “A assinatura dos buracos negros formados a partir de fusões anteriores persiste em toda a população, sugerindo que GW241011 e GW241110 não são únicos, mas acompanham uma tendência subjacente.”
Isto sugere que as duas fusões ocorreram num ambiente estelar denso, o que seria difícil de investigar porque não é fácil localizar o sinal da onda gravitacional de volta ao seu ponto de origem. Nem sempre é esse o caso, como evidenciado pela detecção do sinal GW240615 em 15 de junho de 2024.
Como resultado da fusão entre um buraco negro de 26 massas solares e um buraco negro de 30 massas solares a mais de 3 bilhões de anos-luz de distância, os astrônomos de ondas gravitacionais conseguiram localizar GW240615 em uma área do céu medindo apenas 6 graus quadrados. Isto torna o GW240615 o sinal de onda gravitacional posicionado com mais precisão até hoje.
“O catálogo atualizado do GWTC-5.0 nos dá mais sinais de ondas gravitacionais, ajudando a responder a uma das maiores questões da cosmologia: quão rápido o universo está se expandindo?” Alex Papadopoulos, do Gravity Institute, disse em comunicado. “A taxa desta expansão é descrita por um valor chamado constante de Hubble. As ondas gravitacionais permitem-nos medir isto estimando a distância do objeto em fusão diretamente do próprio sinal ou identificando as galáxias onde ocorreu a fusão.
“Cada evento fornece uma pequena quantidade de informação, pelo que estes sinais adicionais combinam-se para melhorar significativamente os nossos resultados. Juntas, estas melhorias ajudam-nos a medir a constante de Hubble com mais precisão do que anteriormente possível utilizando ondas gravitacionais, aproximando-nos da compreensão de uma das questões em aberto mais importantes da física moderna.”
Também atraente neste último catálogo de estrelas é o sinal de onda gravitacional GW250114 detectado em 14 de janeiro de 2025. Acredita-se que isso seja o resultado de uma colisão e fusão entre um buraco negro de 34 massas solares e um buraco negro de 32 massas solares a cerca de 1 bilhão de anos-luz de distância. O sinal era tão claro que, além de confirmar o conceito de Stephen Hawking sobre o teorema da área do buraco negro, permitiu aos investigadores realizar o teste mais preciso de sempre da relatividade geral.
John Veitch, da Universidade de Glasgow, disse em um comunicado: “Usando o volume do GW250114, fomos capazes de comparar a distorção do espaço-tempo antes e depois da fusão do buraco negro e descobrimos que a área total do horizonte de eventos (o limite externo de coleta de luz do buraco negro) aumenta de acordo com as leis de Hawking sobre a mecânica dos buracos negros.” “Após a fusão, o buraco negro resultante toca como um sino, emitindo ondas gravitacionais em vez de som. A análise destas ondas confirmou que, embora a energia seja libertada na forma de ondas gravitacionais durante a fusão, a entropia total do buraco negro aumenta de acordo com a segunda lei da termodinâmica.
“Isto mostra que mesmo para os buracos negros, as leis da termodinâmica ainda se aplicam, mas, ao contrário dos objetos comuns, quanto mais energia retêm, mais frios se tornam.”
LIGO, Virgo e KAGRA provavelmente continuarão a fazer descobertas de ondas gravitacionais que redefinirão a nossa compreensão do universo e dos seus eventos mais violentos. Os detectores começarão uma operação de observação intermediária de seis meses (IR1) ainda este ano. Isto irá preencher a lacuna entre a quarta série de observações, que termina em 18 de novembro de 2025, e o início da quinta série de observações, que decorrerá entre 2028 e 2031.
O futuro das ondas gravitacionais é brilhante – ou deveria ser “barulhento”?
