Pesquisadores de ondas gravitacionais da Universidade de Birmingham desenvolveram um novo modelo que pode ajudar os astrônomos a rastrear a origem de sistemas de buracos negros pesados ​​no Universo.

Os buracos negros são formados após o colapso das estrelas e, possivelmente, explosões de supernovas. Esses objetos colossalmente densos são medidos em termos de massas solares (M _⊙ ) - a massa do nosso sol.

Tipicamente, estrelas só formarão buracos negros com massas de até 45 M _⊙ . Esses sistemas, então, emparelham e se fundem, produzindo ondas gravitacionais que são observadas pelos detectores LIGO e Virgo.

Colapso estelar, Contudo, causa instabilidades que impedem a formação de buracos negros mais pesados ​​- portanto, um novo modelo é necessário para explicar a existência de sistemas binários de buracos negros com massas maiores do que cerca de 50 M _⊙ .

Acredita-se que esses objetos sejam formados a partir de buracos negros binários que, então, se fundem com outros buracos negros. Os cientistas acreditam que esses buracos negros da 'próxima geração' - formados pela fusão de seus 'pais' - podem ser os buracos negros mais pesados ​​observáveis ​​por LIGO e Virgo.

Em um novo estudo, publicado em Revisão Física D Comunicações rápidas, pesquisadores do Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da University of Birmingham, sugerem que futuras detecções de várias gerações de fusões de buracos negros nos permitiriam descobrir seu local de nascimento. Eles produziram novos cálculos que podem ajudar os astrônomos a entender melhor essas fusões - e onde encontrá-las.

"Aglomerados de estrelas - grupos de estrelas que são unidos pela gravidade - podem agir como 'berçários' de buracos negros, fornecendo um ambiente ideal para o crescimento de gerações de buracos negros, "explica o Dr. Davide Gerosa, autor principal do artigo. "Mas, para saber que tipo de aglomerado de estrelas é mais provável que seja capaz de produzi-los, primeiro precisamos saber algo sobre as condições físicas que seriam necessárias. "

A equipe acredita ter encontrado parte da solução para este quebra-cabeça calculando a provável 'velocidade de escape' que um aglomerado precisa ter para ser capaz de hospedar um buraco negro com uma massa acima de 50 M _⊙ . A velocidade de escape é a velocidade na qual um objeto precisaria viajar para escapar da atração gravitacional. Por exemplo, um foguete saindo da Terra precisaria viajar a 11km / s (25, 000 mph) para entrar em órbita.

Quando eles se fundem, buracos negros recebem recuos ou chutes. Bem como uma arma recua quando uma bala é disparada, buracos negros recuam quando ondas gravitacionais são emitidas. A próxima geração de buracos negros pode se formar apenas se seus pais não tiverem sido 'expulsos' do cluster, ou seja, apenas se a velocidade de escape do cluster for grande o suficiente.

A equipe calculou que observar buracos negros com massa acima de 50 M _⊙ sugeriria que o aglomerado onde viviam tinha uma velocidade de fuga maior do que cerca de 50km / s.

Co-autor do professor Emanuele Berti, da Universidade Johns Hopkins, explica:"As observações de ondas gravitacionais fornecem uma oportunidade sem precedentes para entender os cenários astrofísicos onde os buracos negros se formam e evoluem. Um evento muito massivo apontaria para um ambiente denso com grande velocidade de escape".

Onde você pode encontrar esses tipos de aglomerados densos? Muitas previsões para LIGO e Virgem até agora se concentraram em 'aglomerados globulares' - coleções esféricas de cerca de um milhão de estrelas fortemente unidas na periferia das galáxias. Sua velocidade de fuga, Contudo, é muito baixo. Este novo estudo descobriu que os aglomerados globulares provavelmente não hospedam várias gerações de buracos negros. Os astrônomos precisarão olhar mais longe:aglomerados de estrelas nucleares, encontrados no centro de algumas galáxias são densos o suficiente e podem fornecer o tipo de ambiente necessário para produzir esses objetos.

"A astronomia de ondas gravitacionais está revolucionando nossa compreensão do Universo, "diz o Dr. Gerosa." Estamos todos esperando pelos próximos resultados do LIGO e de Virgo para colocar essas e outras previsões astrofísicas em teste ".