• Home
  • Química
  • Astronomia
  • Energia
  • Natureza
  • Biologia
  • Física
  • Eletrônicos
  •  science >> Ciência >  >> Astronomia
    Uma história de origem inesperada para uma fusão desequilibrada de buraco negro

    Uma fusão desequilibrada de dois buracos negros pode ter origens incomuns, com base em uma reanálise de dados LIGO. Crédito:MIT News

    Uma fusão desequilibrada de dois buracos negros pode ter uma história de origem esquisita, de acordo com um novo estudo realizado por pesquisadores do MIT e em outros lugares.

    A fusão foi detectada pela primeira vez em 12 de abril, 2019 como uma onda gravitacional que chegou aos detectores de ambos LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser), e sua contraparte italiana, Virgem. Os cientistas rotularam o sinal como GW190412 e determinaram que ele emanava de um confronto entre dois buracos negros de Davi e Golias, um três vezes mais massivo que o outro. O sinal marcou a primeira detecção de uma fusão entre dois buracos negros de tamanhos muito diferentes.

    Agora, o novo estudo, publicado hoje no jornal Cartas de revisão física, mostra que esta fusão desequilibrada pode ter se originado por meio de um processo muito diferente em comparação com a maioria das fusões, ou binários, são pensados ​​para formar.

    É provável que o mais massivo dos dois buracos negros tenha sido produto de uma fusão anterior entre dois buracos negros-mãe. O Golias que saiu daquela primeira colisão pode ter ricocheteado em torno de um "aglomerado nuclear" densamente compactado antes de se fundir com o segundo, buraco negro menor - um evento estridente que enviou ondas gravitacionais ondulando pelo espaço.

    GW190412 pode então ser uma segunda geração, ou fusão "hierárquica", distanciando-se de outras fusões de primeira geração que o LIGO e a Virgo detectaram até agora.

    "Este evento é estranho que o universo jogou em nós - foi algo que não imaginamos chegando, "diz o co-autor do estudo Salvatore Vitale, professor assistente de física no MIT e membro do LIGO. "Mas nada acontece apenas uma vez no universo. E algo assim, embora raro, veremos de novo, e poderemos dizer mais sobre o universo. "

    Os co-autores de Vitale são Davide Gerosa da University of Birmingham e Emanuele Berti da Johns Hopkins University.

    Uma luta para explicar

    Existem duas maneiras principais pelas quais se pensa que as fusões de buracos negros se formam. O primeiro é conhecido como um processo de envelope comum, onde duas estrelas vizinhas, depois de bilhões de anos, explodem para formar dois buracos negros vizinhos que eventualmente compartilham um envelope comum, ou disco de gás. Depois de mais alguns bilhões de anos, os buracos negros entram em espiral e se fundem.

    "Você pode pensar nisso como um casal estando junto a vida toda, "Diz Vitale." Suspeita-se que esse processo aconteça no disco de galáxias como a nossa. "

    O outro caminho comum pelo qual as fusões de buracos negros se formam é por meio de interações dinâmicas. Imagine, no lugar de um ambiente monogâmico, uma rave galáctica, onde milhares de buracos negros são amontoados em um pequeno, densa região do universo. Quando dois buracos negros começam a se associar, um terceiro pode separar o casal em uma interação dinâmica que pode se repetir muitas vezes, antes que um par de buracos negros finalmente se funda.

    Tanto no processo de envelope comum quanto no cenário de interação dinâmica, os buracos negros que se fundem devem ter aproximadamente a mesma massa, ao contrário da proporção de massa desequilibrada de GW190412. Eles também devem ter relativamente nenhum spin, enquanto GW190412 tem um spin surpreendentemente alto.

    "O resultado final é, ambos os cenários, que as pessoas tradicionalmente pensam que são berçários ideais para binários de buracos negros no universo, luta para explicar a razão de massa e rotação deste evento, "Vitale diz.

    Rastreador de buraco negro

    Em seu novo jornal, os pesquisadores usaram dois modelos para mostrar que é muito improvável que GW190412 venha de um processo de envelope comum ou de uma interação dinâmica.

    Eles primeiro modelaram a evolução de uma galáxia típica usando STAR TRACK, uma simulação que rastreia galáxias ao longo de bilhões de anos, começando com a coalescência do gás e prosseguindo para a forma como as estrelas tomam forma e explodem, e então colapsam em buracos negros que eventualmente se fundem. O segundo modelo simula aleatório, encontros dinâmicos em aglomerados globulares - densas concentrações de estrelas ao redor da maioria das galáxias.

    A equipe executou ambas as simulações várias vezes, ajustando os parâmetros e estudando as propriedades das fusões de buracos negros que surgiram. Para aquelas fusões que se formaram por meio de um processo de envelope comum, uma fusão como GW190412 era muito rara, surgindo apenas depois de alguns milhões de eventos. As interações dinâmicas eram ligeiramente mais prováveis ​​de produzir tal evento, após alguns milhares de fusões.

    Contudo, GW190412 foi detectado por LIGO e Virgo após apenas 50 outras detecções, sugerindo que provavelmente surgiu por meio de algum outro processo.

    "Não importa o que façamos, não podemos produzir facilmente este evento nestes canais de formação mais comuns, "Vitale diz.

    O processo de fusão hierárquica pode explicar melhor a massa assimétrica do GW190412 e seu alto spin. Se um buraco negro fosse o produto de um emparelhamento anterior de dois buracos negros progenitores de massa semelhante, seria mais maciço do que qualquer um dos pais, e mais tarde ofuscar significativamente seu parceiro de primeira geração, criando uma alta proporção de massa na fusão final.

    Um processo hierárquico também pode gerar uma fusão com uma alta rotação:Os buracos negros principais, em sua fusão caótica, giraria o buraco negro resultante, que então carregaria esse giro em sua própria colisão final.

    "Você faz a matemática, e acontece que o buraco negro restante teria um spin muito próximo do spin total dessa fusão, "Vitale explica.

    Nenhuma escapatória

    Se GW190412 de fato se formou por meio de mesclagem hierárquica, Vitale diz que o evento também pode lançar luz sobre o ambiente em que se formou. A equipe descobriu que se o maior dos dois buracos negros se formou a partir de uma colisão anterior, essa colisão provavelmente gerou uma grande quantidade de energia que não apenas gerou um novo buraco negro, mas chutou a alguma distância.

    "Se for chutado com muita força, iria apenas deixar o aglomerado e ir para o meio interestelar vazio, e não ser capaz de fundir novamente, "Vitale diz.

    Se o objeto foi capaz de se fundir novamente (neste caso, para produzir GW190412), significaria que o chute que recebeu não foi suficiente para escapar do aglomerado estelar em que se formou. Se GW190412 realmente é um produto da fusão hierárquica, a equipe calculou que teria ocorrido em um ambiente com velocidade de escape superior a 150 quilômetros por segundo. Para perspectiva, a velocidade de escape da maioria dos aglomerados globulares é de cerca de 50 quilômetros por segundo.

    Isso significa que qualquer ambiente do qual GW190412 surgiu tinha uma imensa atração gravitacional, e a equipe acredita que tal ambiente poderia ter sido o disco de gás ao redor de um buraco negro supermassivo, ou um "aglomerado nuclear" - uma região incrivelmente densa do universo, embalado com dezenas de milhões de estrelas.

    "Esta fusão deve ter vindo de um lugar incomum, "Vitale diz." À medida que LIGO e Virgo continuam a fazer novas detecções, podemos usar essas descobertas para aprender coisas novas sobre o universo. "

    Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.




    © Ciência https://pt.scienceaq.com