Pela primeira vez, os cientistas acreditam ter detectado uma fusão de dois buracos negros com órbitas excêntricas.

O conceito deste artista ilustra um esquema hierárquico para a fusão de buracos negros binários mais massiva registrada até hoje. Cientistas do RIT e da Universidade da Flórida usaram simulações avançadas de computador para mostrar que os buracos negros tinham órbitas excêntricas antes de se fundirem. Crédito da imagem: LIGO/Caltech/MIT/R. Ferido (IPAC)

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De acordo com um artigo publicado na Nature Astronomy por pesquisadores do Centro de Relatividade e Gravitação Computacional do Instituto de Tecnologia de Rochester e da Universidade da Flórida, isso pode ajudar a explicar como algumas das fusões de buracos negros detectadas pela LIGO Scientific Collaboration e pela Virgo Collaboration são muito mais densos do que se pensava ser possível.

Órbitas excêntricas são um sinal de que buracos negros podem estar engolindo repetidamente outros durante encontros casuais em áreas densamente povoadas por buracos negros, como núcleos galácticos. Os cientistas estudaram o binário de onda gravitacional mais massivo observado até hoje, GW190521, para determinar se a fusão tinha órbitas excêntricas.

"As massas estimadas dos buracos negros são mais de 70 vezes o tamanho do nosso Sol cada, colocando-os bem acima da massa máxima estimada prevista atualmente pela teoria da evolução estelar", disse Carlos Lousto, professor da Escola de Ciências Matemáticas e pesquisador membro do CCRG. “Isso torna um caso interessante para estudar em um sistema binário de buracos negros de segunda geração e abre novas possibilidades de cenários de formação densa de buracos negros em aglomerados estelares”.

Uma equipe de pesquisadores do RIT, incluindo Lousto, pesquisador associado James Healy, Jacob Lange, Ph.D. (ciências e tecnologia astrofísica), a professora e diretora do CCRG Manuela Campanelli, o professor associado Richard O'Shaughnessy e colaboradores da Universidade da Flórida se juntaram para dar uma nova olhada nos dados para ver se os buracos negros tinham órbitas altamente excêntricas antes de se fundirem. Eles descobriram que a fusão é melhor explicada por um modelo de precessão de alta excentricidade. Para conseguir isso, a equipe realizou centenas de novas simulações numéricas completas em supercomputadores de laboratórios locais e nacionais, levando quase um ano para serem concluídas.

"Isso representa um grande avanço em nossa compreensão de como os buracos negros se fundem", disse Campanelli. “Através de nossas sofisticadas simulações de supercomputadores e a riqueza de novos dados fornecidos pelos detectores de avanço rápido do LIGO e do Virgo, estamos fazendo novas descobertas sobre o universo a taxas surpreendentes”.

Uma extensão desta análise pela mesma equipe RIT e UFL usou uma possível contraparte eletromagnética observada pelo Zwicky Transient Facility para calcular independentemente a constante cosmológica de Hubble com GW150521 como uma fusão excêntrica de buraco negro binário. Eles encontraram excelente concordância com os valores esperados e publicaram recentemente o trabalho no Astrophysical Journal.

Mais informações: 

V. Gayathri et al, Estimativa de excentricidade para fusões de buracos negros com simulações de relatividade numérica, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-021-01568-w

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Referência:

AUBURN, Luke. Título da matéria. Phys, 20, jan. 2022. Rochester Institute of Technology. Disponível em: <https://phys.org/news/2022-01-scientists-highly-eccentric-black-hole.html>. Acesso em: 22, jan. 2022.