Em 25 de abril, 2019, o Observatório LIGO Livingston detectou o que parecia ser ondulações gravitacionais de uma colisão de duas estrelas de nêutrons. LIGO Livingston faz parte de uma rede de ondas gravitacionais que inclui o LIGO (observatório de ondas gravitacionais de interferômetro a laser), financiado pela National Science Foundation (NSF), e o detector europeu de Virgem. Agora, um novo estudo confirma que este evento foi provavelmente o resultado da fusão de duas estrelas de nêutrons. Esta seria apenas a segunda vez que este tipo de evento já foi observado em ondas gravitacionais.

A primeira dessas observações, que ocorreu em agosto de 2017, fez história por ser a primeira vez que ondas gravitacionais e luz foram detectadas no mesmo evento cósmico. A fusão de 25 de abril, por contraste, não resultou na detecção de nenhuma luz. Contudo, por meio de uma análise dos dados de ondas gravitacionais sozinho, os pesquisadores descobriram que a colisão produziu um objeto com uma massa incomumente alta.

"A partir de observações convencionais com luz, já sabíamos de 17 sistemas estelares de nêutrons binários em nossa própria galáxia e estimamos as massas dessas estrelas, "diz Ben Farr, um membro da equipe LIGO baseado na Universidade de Oregon. "O que é surpreendente é que a massa combinada desse binário é muito maior do que o esperado."

"Detectamos um segundo evento consistente com um sistema estelar de nêutrons binário e esta é uma confirmação importante do evento de agosto de 2017 que marcou um novo começo empolgante para a astronomia de multimensageiros há dois anos, "diz Jo van den Brand, Porta-voz de Virgem e professor da Universidade de Maastricht, e Nikhef e VU University Amsterdam na Holanda. A astronomia multi-mensageiro ocorre quando diferentes tipos de sinais são testemunhados simultaneamente, como aqueles baseados em ondas gravitacionais e luz.

O estudo, submetido ao Astrophysical Journal Letters , é de autoria de uma equipe internacional composta pela LIGO Scientific Collaboration e a Virgo Collaboration, o último dos quais está associado ao detector de ondas gravitacionais de Virgem na Itália. Os resultados foram apresentados em uma coletiva de imprensa hoje, 6 de janeiro, na 235ª reunião da American Astronomical Society em Honolulu, Havaí.

Estrelas de nêutrons são os restos de estrelas moribundas que sofrem explosões catastróficas ao entrarem em colapso no final de suas vidas. Quando duas estrelas de nêutrons espiralam juntas, eles passam por uma fusão violenta que envia estremecimentos gravitacionais através do tecido do espaço e do tempo.

O LIGO se tornou o primeiro observatório a detectar ondas gravitacionais diretamente em 2015; nesse caso, as ondas foram geradas pela colisão violenta de dois buracos negros. Desde então, LIGO e Virgo registraram dezenas de outras fusões de buracos negros candidatos.

A fusão de estrelas de nêutrons de agosto de 2017 foi testemunhada por ambos os detectores LIGO, um em Livingston, Louisiana, e um em Hanford, Washington, junto com uma série de telescópios baseados em luz ao redor do mundo (colisões de estrelas de nêutrons produzem luz, enquanto as colisões de buracos negros geralmente não o fazem). Esta fusão não era claramente visível nos dados de Virgem, mas esse fato forneceu informações importantes que, em última análise, identificaram a localização do evento no céu.

O evento de abril de 2019 foi identificado pela primeira vez em dados do detector LIGO Livingston sozinho. O detector LIGO Hanford estava temporariamente offline no momento, e, a uma distância de mais de 500 milhões de anos-luz, o evento era muito fraco para ser visível nos dados de Virgem. Usando os dados do Livingston, combinado com informações derivadas de dados de Virgem, a equipe estreitou o local do evento para um pedaço de céu de mais de 8, 200 graus quadrados de tamanho, ou cerca de 20 por cento do céu. Para comparação, o evento de agosto de 2017 foi reduzido a uma região de apenas 16 graus quadrados, ou 0,04 por cento do céu.

"Este é o nosso primeiro evento publicado para detecção de um único observatório, "diz Anamaria Effler, do Caltech, um cientista que trabalha no LIGO Livingston. "Mas Virgem deu uma contribuição valiosa. Usamos informações sobre sua não detecção para nos dizer aproximadamente de onde o sinal deve ter se originado."

Os dados do LIGO revelam que a massa combinada dos corpos fundidos é cerca de 3,4 vezes a massa do nosso sol. Em nossa galáxia, sistemas estelares binários de nêutrons conhecidos têm massas combinadas de até apenas 2,9 vezes a do sol. Uma possibilidade para a massa excepcionalmente alta é que a colisão não ocorreu entre duas estrelas de nêutrons, mas uma estrela de nêutrons e um buraco negro, já que os buracos negros são mais pesados ​​que as estrelas de nêutrons. Mas se fosse esse o caso, o buraco negro teria que ser excepcionalmente pequeno para sua classe. Em vez de, os cientistas acreditam que é muito mais provável que o LIGO tenha testemunhado a quebra de duas estrelas de nêutrons.

"O que sabemos a partir dos dados são as massas, e as massas individuais provavelmente correspondem a estrelas de nêutrons. Contudo, como um sistema estelar binário de nêutrons, a massa total é muito maior do que qualquer uma das outras estrelas binárias de nêutrons galácticas conhecidas, "diz Surabhi Sachdev, um membro da equipe LIGO baseado em Penn State. "E isso pode ter implicações interessantes em como a dupla se formou originalmente."

Acredita-se que os pares de estrelas de nêutrons se formem de duas maneiras possíveis. Eles podem se formar a partir de sistemas binários de estrelas massivas que terminam suas vidas como estrelas de nêutrons, ou podem surgir quando duas estrelas de nêutrons formadas separadamente se unem em um ambiente estelar denso. Os dados do LIGO para o evento de 25 de abril não indicam qual desses cenários é mais provável, mas eles sugerem que mais dados e novos modelos são necessários para explicar a massa inesperadamente alta da fusão.