Os cientistas resolveram o mistério de uma fusão “impossível” entre buracos negros, detectando o fenômeno como ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais já em 2023.
A colisão ocorreu a cerca de 7 bilhões de anos-luz de distância e fez com que os dois planetas colidissem buraco negro Isto parece ser proibido devido à sua enorme massa e incrível velocidade de rotação.
As massas desses buracos negros são 100 e 140 vezes sole gire ao redor velocidade da luz – De acordo com as teorias atuais sobre como os “buracos negros de massa estelar” se formam quando estrelas massivas colapsam e explodem, não deveria existir supernova.
Pesquisadores do Centro de Astrofísica Computacional (CCA) do Instituto Flatiron, em Nova York, resolveram esse quebra-cabeça usando simulações para recriar como esse sistema evoluiu durante a vida ancestral. Estrelaaté suas mortes por supernovas. Isso revelou um fator simples que não havia sido devidamente considerado em processos anteriores: os campos magnéticos.
“Ninguém pensou nestes sistemas como nós; antes, os astrónomos simplesmente tomavam o atalho e ignoravam o campo magnético”, disse o líder da equipa, Ore Gottlieb, astrofísico do CCA, num comunicado. “Mas uma vez considerado o campo magnético, podemos realmente explicar a origem deste evento único.”
Não é tão impossível?
Isto porque as estrelas que poderiam morrer e deixar para trás um buraco negro de massa estelar tão grande deveriam terminar as suas vidas num tipo específico de supernova chamada “supernova de par de instabilidade”, que é tão violenta que nada é deixado para trás, nem mesmo um buraco negro. “Por causa destas supernovas, não esperamos que se formem buracos negros com cerca de 70 a 140 vezes a massa do Sol”, explicou Gottlieb. “Portanto, ver um enorme buraco negro nesta lacuna é intrigante.”
Buracos negros podem existir dentro desta lacuna de massa devido a resultados anteriores Fusões entre buracos negrosmas os investigadores descartaram esta possibilidade porque o buraco negro envolvido na colisão enviou o sinal GW231123 ondulando pelo espaço. Isto ocorre porque a fusão é destrutiva para a rotação do buraco negro “filho” criado, mas os dois buracos negros envolvidos nesta fusão ainda estão girando perto da velocidade da luz, que é a velocidade máxima que um buraco negro pode girar. Portanto, os investigadores concluíram que algo diferente das fusões anteriores deve explicar a massa massiva do buraco negro progenitor.
Gottlieb e colegas começaram a estudar este mecanismo simulando primeiro uma estrela gigante com uma massa de cerca de 250 vezes a do Sol e acompanhando a sua evolução até à sua morte como supernova. Eles descobriram que nesta fase final, a estrela tinha queimado tanto combustível que a sua massa tinha “encolhido” para 150 massas solares. Isto o torna pequeno o suficiente para deixar para trás um buraco negro após a explosão de uma supernova.
A equipe então realizou outra simulação mais complexa que levou em consideração os campos magnéticos que entram em ação após a explosão de uma supernova. O segundo modelo começa com um remanescente de supernova, que tem a forma de uma nuvem de material estelar remanescente entrelaçado com campos magnéticos. No centro destes destroços encontra-se um buraco negro. Antes deste estudo, os cientistas presumiam que toda a massa deste material remanescente seria consumida pelo buraco negro nascente. Como resultado, a massa do buraco negro crescerá para se igualar à da massiva estrela progenitora. No entanto, as simulações da equipe mostraram que algo diferente estava acontecendo.
Em vez disso, o que Gottlieb e os seus colegas observaram foi que depois de uma estrela não rotativa ter colapsado para formar um buraco negro, o material restante caiu no buraco negro muito rapidamente. Mas se a estrela progenitora girar rapidamente, estes remanescentes estelares formarão uma nuvem rotativa e plana em torno do buraco negro nascente, que girará cada vez mais rápido à medida que mais material for injetado. Na presença de um campo magnético, o disco de detritos experimentaria pressão suficiente para afastar parte do material restante do buraco negro quase à velocidade da luz.
Esta saída de material reduz a massa do disco que alimenta o buraco negro, e quanto mais fortes forem os campos magnéticos envolvidos, mais rapidamente este disco de material estelar é afastado do buraco negro. Se o campo magnético for forte o suficiente, metade da massa inicial da estrela pode ser destruída. O resultado final: um campo magnético fraco reduz a falta de matéria e cria o eventual buraco negro dentro da lacuna de massa.
“Descobrimos que a presença de rotação e de campos magnéticos poderia alterar fundamentalmente a evolução de uma estrela após o colapso, de modo que a massa do buraco negro poderia ser significativamente menor do que a massa total da estrela em colapso”, disse Gottlieb.
Além de fornecer uma solução para o enigma desta fusão “impossível”, as simulações da equipa também mostraram que existe uma ligação entre a massa de um buraco negro e a velocidade da sua rotação, que está relacionada com a força do campo magnético que rodeia o buraco negro. Um campo magnético forte pode produzir um buraco negro mais leve e de rotação mais lenta, enquanto um campo magnético mais fraco pode produzir um buraco negro mais massivo e de rotação mais rápida.
A pesquisa também pode fornecer aos astrónomos uma forma de testar esta ligação. A equipe descobriu que a criação desses buracos negros com lacunas de massa está associada a explosões detectáveis de raios gama. Se tal detecção pudesse ser feita, os cientistas dariam um passo gigantesco na nossa compreensão dos buracos negros.
As descobertas da equipe foram publicadas na quarta-feira (12 de novembro) em Cartas de revistas astrofísicas.
