Em janeiro de 2016, pesquisadores do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) fizeram história quando anunciaram a primeira detecção de ondas gravitacionais. Apoiado pela National Science Foundation (NSF) e operado pela Caltech e pelo MIT, o LIGO se dedica a estudar as ondas previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein e causadas por fusões de buracos negros.
De acordo com um novo estudo realizado por uma equipe de astrônomos do Centro de Cosmologia da Universidade da Califórnia em Irvine, essas fusões são muito mais comuns do que pensávamos. Após realizar um levantamento do cosmos destinado a calcular e categorizar os buracos negros, a equipe da UCI determinou que poderia haver até 100 milhões de buracos negros na galáxia, uma descoberta que tem implicações significativas para o estudo das ondas gravitacionais.
O estudo que detalha suas descobertas, intitulado “Contando Buracos Negros: A População Remanescente Estelar Cósmica e Implicações para o LIGO”, apareceu recentemente no Avisos mensais da Royal Astronomical Society. Liderada por Oliver D. Elbert, um estudante de pós-doutorado do departamento de Física e Astronomia da UC Irvine, a equipe realizou uma análise dos sinais de ondas gravitacionais que foram detectados pelo LIGO.
O estudo começou há cerca de um ano e meio, logo após o LIGO anunciar a primeira detecção de ondas gravitacionais. Essas ondas foram criadas pela fusão de dois buracos negros distantes, cada um dos quais equivalente em massa a cerca de 30 sóis. Como James Bullock, professor de física e astronomia da UC Irvine e co-autor do artigo, explicou em um comunicado de imprensa da UCI:
“Fundamentalmente, a detecção de ondas gravitacionais foi um grande negócio, pois era uma confirmação de uma previsão essencial da teoria geral da relatividade de Einstein. Mas então examinamos mais de perto a astrofísica do resultado real, uma fusão de dois buracos negros de 30 massas solares. Isso foi simplesmente espantoso e nos fez perguntar: 'Quão comuns são os buracos negros desse tamanho e com que frequência eles se fundem?' ”
Tradicionalmente, os astrônomos têm a opinião de que os buracos negros normalmente teriam a mesma massa do nosso Sol. Como tal, eles procuraram interpretar as múltiplas detecções de ondas gravitacionais feitas pelo LIGO em termos do que se sabe sobre a formação de galáxias. Além disso, eles também procuraram criar uma estrutura para prever futuras fusões de buracos negros.
A partir disso, eles concluíram que a Via Láctea abrigaria até 100 milhões de buracos negros, dos quais 10 milhões teriam uma massa estimada em cerca de 30 massas solares - ou seja, similares àquelas que se fundiram e criaram as primeiras ondas gravitacionais detectadas por LIGO em 2016. Enquanto isso, galáxias anãs - como a Draco Dwarf, que orbita a uma distância de cerca de 250.000 ly do centro de nossa galáxia - hospedariam cerca de 100 buracos negros.
Eles determinaram ainda que hoje, a maioria dos buracos negros de baixa massa (~ 10 massas solares) residem em galáxias de 1 trilhão de massas solares (galáxias massivas), enquanto os buracos negros maciços (~ 50 massas solares) residem em galáxias que têm cerca de 10 bilhões de massas solares (ou seja, galáxias anãs). Depois de considerar a relação entre a massa da galáxia e a metalicidade estelar, eles interpretaram a contagem de buracos negros de uma galáxia como uma função de sua massa estelar.
Além disso, eles também procuraram determinar com que frequência os buracos negros ocorrem em pares, com que frequência eles se fundem e quanto tempo isso levaria. Sua análise indicou que apenas uma pequena fração dos buracos negros precisaria estar envolvida em fusões para acomodar o que o LIGO observou. Também ofereceu previsões que mostraram como buracos negros ainda maiores podem se fundir na próxima década.
Como Manoj Kaplinghat, também professor de física e astronomia da UCI e o segundo co-autor do estudo, explicou:
“Mostramos que apenas 0,1 a 1% dos buracos negros formados precisam se fundir para explicar o que o LIGO viu. É claro que os buracos negros precisam se aproximar o suficiente para se fundir em um tempo razoável, o que é um problema em aberto ... Se as idéias atuais sobre evolução estelar estão corretas, então nossos cálculos indicam que fusões de até 50 buracos negros com massa solar serão ser detectado em alguns anos. "
Em outras palavras, nossa galáxia pode estar repleta de buracos negros e fusões podem acontecer regularmente (em relação às escalas de tempo cosmológicas). Como tal, podemos esperar que muito mais detecções de ondas gravitacionais sejam possíveis nos próximos anos. Isso não deve surpreender, visto que o LIGO realizou duas detecções adicionais desde o inverno de 2016.
Com muito mais esperado, os astrônomos terão muitas oportunidades de estudar fusões de buracos negros, sem mencionar a física que os impulsiona!
