Os cientistas encontraram a evidência mais forte até agora de que um buraco negro e uma estrela de neutrões colidiram enquanto se moviam ao longo de órbitas elípticas, em vez das órbitas quase perfeitamente circulares que os cientistas normalmente esperam antes da fusão. A descoberta desafia ideias de longa data sobre como estes pares cósmicos extremos se formaram e evoluíram.
A pesquisa foi realizada por cientistas da Universidade de Birmingham, da Universidade Autônoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional. Suas descobertas foram publicadas em 11 de março Comunicações do Jornal Astrofísico.
Órbita elíptica incomum encontrada na fusão entre buraco negro e estrela de nêutrons
Os astrónomos normalmente esperam que pares de estrelas de neutrões e buracos negros entrem em órbitas circulares muito antes de se fundirem. No entanto, uma nova análise do evento de onda gravitacional GW200105 mostra que o sistema ainda viajava numa trajetória elíptica pouco antes de os dois objetos se fundirem. A fusão acabou produzindo um buraco negro com massa cerca de 13 vezes a do Sol. A detecção de tal órbita elíptica em tal evento não foi relatada antes.
A Dra. Patricia Schmidt, da Universidade de Birmingham, explicou: “Esta descoberta dá-nos novas pistas importantes sobre como estes objetos extremos se unem. Diz-nos que os nossos modelos teóricos estão incompletos e levanta novas questões sobre onde no universo tais sistemas nascem.”
Dados de ondas gravitacionais revelam forma orbital
Para investigar o evento, a equipe estudou dados dos detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo usando um novo modelo desenvolvido pelo Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da Universidade de Birmingham. Este método permitiu aos pesquisadores medir o quão esticada era a órbita (excentricidade) e determinar se o sistema exibia oscilações relacionadas ao spin (precessão). Esta é a primeira vez que os cientistas medem ambos os efeitos simultaneamente num evento de estrela de neutrões-buraco negro.
Geraint Pratten, membro da Royal Society da Universidade de Birmingham, disse: “A órbita denunciou-o. A sua forma elíptica antes da fusão sugeria que o sistema não evoluiu silenciosamente e isoladamente, mas quase certamente se formou através de interações gravitacionais com outras estrelas ou possivelmente com uma terceira estrela companheira.”
Nova análise desafia suposições anteriores
A equipe realizou uma análise bayesiana, comparando milhares de modelos teóricos com sinais reais de ondas gravitacionais. Os seus resultados mostraram que uma órbita circular era extremamente improvável, com uma probabilidade de exclusão de 99,5%.
Os primeiros estudos do GW200105 presumiram que a órbita era circular. Devido a esta suposição, eles subestimaram a massa do buraco negro e superestimaram a massa da estrela de nêutrons. A nova análise revisou estas medições e não encontrou nenhuma evidência forte de precessão, sugerindo que a órbita elíptica provavelmente se originou durante a formação do sistema, em vez de ser causada por efeitos de rotação.
“Esta é uma evidência convincente de que nem todos os pares estrela de nêutrons-buraco negro têm a mesma origem”, disse Gonzalo Moraes, da Universidade Autônoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional. “A órbita excêntrica sugere que o local de nascimento está num ambiente onde muitas estrelas interagem gravitacionalmente.”
Um quadro mais complexo de fusões cósmicas
As descobertas desafiam a visão amplamente difundida de que todas as fusões entre estrelas de nêutrons e buracos negros se desenvolvem através de uma única via de formação dominante. Em vez disso, o estudo sugere que são possíveis múltiplos cenários de formação, alguns dos quais surgem de ambientes estelares lotados onde as interações gravitacionais são comuns.
A pesquisa também ajuda a explicar o número crescente de fusões de estrelas binárias compactas observadas através de ondas gravitacionais. À medida que os detectores continuam a descobrir mais eventos, os astrónomos esperam descobrir mais sistemas invulgares que revelarão novas rotas pelas quais estas poderosas colisões cósmicas ocorrem.
