p Quando os detectores gêmeos do LIGO detectaram oscilações leves em seus respectivos, espelhos idênticos, o sinal não apenas forneceu a primeira detecção direta de ondas gravitacionais, mas também confirmou a existência de buracos negros binários estelares, que deu origem ao sinal em primeiro lugar. p Buracos negros binários estelares são formados quando dois buracos negros, criado a partir dos restos de estrelas massivas, começam a orbitar um ao outro. Eventualmente, os buracos negros se fundem em uma colisão espetacular que, de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, deve liberar uma grande quantidade de energia na forma de ondas gravitacionais.

p Agora, uma equipe internacional liderada pelo astrofísico do MIT Carl Rodriguez sugere que os buracos negros podem se associar e se fundir várias vezes, produzindo buracos negros mais massivos do que aqueles que se formam a partir de estrelas isoladas. Essas "fusões de segunda geração" devem vir de aglomerados globulares - pequenas regiões do espaço, geralmente nas bordas de uma galáxia, que são embalados com centenas de milhares a milhões de estrelas.

p "Achamos que esses aglomerados se formaram com centenas a milhares de buracos negros que rapidamente afundaram no centro, "diz Carl Rodriguez, um bolsista Pappalardo no Departamento de Física do MIT e no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial. "Esses tipos de clusters são essencialmente fábricas de binários de buracos negros, onde você tem tantos buracos negros pendurados em uma pequena região do espaço que dois buracos negros poderiam se fundir e produzir um buraco negro mais massivo. Então, esse novo buraco negro pode encontrar outro companheiro e se fundir novamente. "

p Se o LIGO detectar um binário com um componente de buraco negro cuja massa é maior do que cerca de 50 massas solares, então, de acordo com os resultados do grupo, há uma boa chance de que o objeto não surgiu de estrelas individuais, mas de um aglomerado estelar denso.

p "Se esperarmos o suficiente, então, eventualmente, LIGO verá algo que só poderia ter vindo desses aglomerados de estrelas, porque seria maior do que qualquer coisa que você poderia obter de uma única estrela, "Rodriguez diz.

p Ele e seus colegas relatam seus resultados em um artigo publicado no Cartas de revisão física .

p Estrelas correndo

p Nos últimos anos, Rodriguez investigou o comportamento dos buracos negros dentro dos aglomerados globulares e se suas interações diferem dos buracos negros que ocupam regiões menos povoadas no espaço.

p Aglomerados globulares podem ser encontrados na maioria das galáxias, e suas escalas de número com o tamanho de uma galáxia. Enorme, galáxias elípticas, por exemplo, hospedam dezenas de milhares desses conglomerados estelares, enquanto nossa Via Láctea contém cerca de 200, com o agrupamento mais próximo residindo em cerca de 7, 000 anos-luz da Terra.

p Em seu novo jornal, Rodriguez e seus colegas relatam o uso de um supercomputador chamado Quest, na Northwestern University, para simular o complexo, interações dinâmicas dentro de 24 clusters estelares, variando em tamanho de 200, 000 a 2 milhões de estrelas, e cobrindo uma gama de diferentes densidades e composições metálicas. As simulações modelam a evolução de estrelas individuais dentro desses aglomerados ao longo de 12 bilhões de anos, seguindo suas interações com outras estrelas e, em última análise, a formação e evolução dos buracos negros. As simulações também modelam as trajetórias dos buracos negros assim que eles se formam.

p "O legal é, porque os buracos negros são os objetos mais massivos nesses aglomerados, eles afundam no centro, onde você obtém uma densidade alta o suficiente de buracos negros para formar binários, "Diz Rodriguez." Os buracos negros binários são basicamente como alvos gigantes pendurados no aglomerado, e quando você joga outros buracos negros ou estrelas neles, eles passam por esses encontros caóticos loucos. "

p É tudo relativo

p Ao executar suas simulações, os pesquisadores adicionaram um ingrediente chave que faltava nos esforços anteriores para simular aglomerados globulares.

p "O que as pessoas fizeram no passado foi tratar isso como um problema puramente newtoniano, "Rodriguez diz." A teoria da gravidade de Newton funciona em 99,9 por cento de todos os casos. Os poucos casos em que não funciona podem ser quando você tem dois buracos negros passando perto um do outro, o que normalmente não acontece na maioria das galáxias. "

p A teoria da relatividade de Newton assume que, se os buracos negros estivessem desassociados para começar, nenhum afetaria o outro, e eles simplesmente passariam um pelo outro, inalterado. Esta linha de raciocínio decorre do fato de que Newton falhou em reconhecer a existência de ondas gravitacionais - que Einstein muito mais tarde previu que surgiriam de objetos em órbita massiva, como dois buracos negros próximos.

p "Na teoria da relatividade geral de Einstein, onde posso emitir ondas gravitacionais, então, quando um buraco negro passa perto de outro, ele pode realmente emitir um minúsculo pulso de ondas gravitacionais, "Rodriguez explica." Isso pode subtrair energia suficiente do sistema para que os dois buracos negros realmente se tornem ligados, e então eles irão se fundir rapidamente. "

p A equipe decidiu adicionar os efeitos relativísticos de Einstein em suas simulações de aglomerados globulares. Depois de executar as simulações, eles observaram buracos negros fundindo-se uns com os outros para criar novos buracos negros, dentro dos próprios aglomerados estelares. Sem efeitos relativísticos, A gravidade newtoniana prevê que a maioria dos buracos negros binários seria expulsa do aglomerado por outros buracos negros antes que pudessem se fundir. Mas, levando em consideração os efeitos relativísticos, Rodriguez e seus colegas descobriram que quase metade dos buracos negros binários se fundiram dentro de seus aglomerados estelares, criando uma nova geração de buracos negros mais massivos do que aqueles formados a partir das estrelas. O que acontece com esses novos buracos negros dentro do aglomerado é uma questão de spin.

p "Se os dois buracos negros estão girando quando se fundem, o buraco negro que eles criam emitirá ondas gravitacionais em uma única direção preferida, como um foguete, criando um novo buraco negro que pode disparar até 5, 000 quilômetros por segundo, então, insanamente rápido, "Rodriguez diz." Basta um chute de talvez algumas dezenas a cem quilômetros por segundo para escapar de um desses aglomerados. "

p Por causa desse efeito, os cientistas descobriram que o produto de qualquer fusão de buraco negro seria expulso do cluster, já que foi assumido que a maioria dos buracos negros está girando rapidamente.

p Esta suposição, Contudo, parece contradizer as medições do LIGO, que até agora detectou apenas buracos negros binários com baixas rotações. Para testar as implicações disso, Rodriguez diminuiu os giros dos buracos negros em suas simulações e descobriu que, neste cenário, quase 20 por cento dos buracos negros binários de aglomerados tinham pelo menos um buraco negro formado em uma fusão anterior. Porque eles foram formados a partir de outros buracos negros, alguns desses buracos negros de segunda geração podem estar na faixa de 50 a 130 massas solares. Os cientistas acreditam que buracos negros dessa massa não podem se formar a partir de uma única estrela.

p Rodriguez diz que se os telescópios de ondas gravitacionais como o LIGO detectarem um objeto com uma massa dentro desta faixa, há uma boa chance de que não tenha vindo de uma única estrela em colapso, mas de um aglomerado estelar denso.

p "Meus co-autores e eu apostamos contra algumas pessoas que estudam a formação de estrelas binárias que, nas primeiras 100 detecções de LIGO, O LIGO detectará algo dentro dessa lacuna de massa superior, "Rodriguez diz." Eu ganho uma boa garrafa de vinho se isso for verdade. "