Pesquisadores permitem a detecção de notável sinal de onda gravitacional
A coalescência e fusão de um buraco negro com gap de massa inferior (superfície cinza escuro) com uma estrela de nêutrons com cores que variam do azul escuro (60 gramas por centímetro cúbico) ao branco (600 quilogramas por centímetro cúbico) e destacam o forte deformações do material de baixa densidade da estrela de nêutrons. Crédito:I. Markin (Universidade de Potsdam), T. Dietrich (Universidade de Potsdam e Instituto Max Planck de Física Gravitacional), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional). Pesquisadores do Instituto de Cosmologia e Gravitação (ICG) da Universidade de Portsmouth ajudaram a detectar um notável sinal de onda gravitacional, que pode ser a chave para resolver um mistério cósmico.
A descoberta faz parte do último conjunto de resultados anunciados pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, que reúne mais de 1.600 cientistas de todo o mundo, incluindo membros do ICG, que busca detectar ondas gravitacionais e usá-las para a exploração de fundamentos de Ciência.
Em maio de 2023, logo após o início da quarta execução de observação LIGO-Virgo-KAGRA, o detector LIGO Livingston em Louisiana, EUA, observou um sinal de onda gravitacional da colisão do que é provavelmente uma estrela de nêutrons com um objeto compacto que é 2,5 a 4,5 vezes a massa do nosso sol.
Estrelas de nêutrons e buracos negros são objetos compactos, remanescentes densos de explosões estelares massivas. O que torna este sinal, chamado GW230529, intrigante é a massa do objeto mais pesado. Cai dentro de uma possível lacuna de massa entre as estrelas de nêutrons mais pesadas conhecidas e os buracos negros mais leves. O sinal das ondas gravitacionais por si só não pode revelar a natureza deste objeto. Futuras detecções de eventos semelhantes, especialmente aqueles acompanhados por explosões de radiação electromagnética, poderiam ajudar a resolver esta questão.
“Esta deteção, o primeiro dos nossos resultados entusiasmantes da quarta execução de observação do LIGO-Virgo-KAGRA, revela que pode haver uma taxa mais elevada de colisões semelhantes entre estrelas de neutrões e buracos negros de baixa massa do que pensávamos anteriormente,” diz o Dr. McIver, professor assistente da Universidade de British Columbia e vice-porta-voz da Colaboração Científica LIGO.
Como este evento foi visto por apenas um detector de ondas gravitacionais, avaliar se é real ou não torna-se mais difícil.
Dr. Gareth Cabourn Davies, engenheiro de software de pesquisa do ICG, desenvolveu as ferramentas usadas para pesquisar eventos em um único detector. Ele disse:"Corroborar eventos vendo-os em vários detectores é uma de nossas ferramentas mais poderosas para separar sinais de ruído. Usando modelos apropriados de ruído de fundo, podemos julgar um evento mesmo quando não temos outro detector para apoiar o que vimos."
A fusão de um buraco negro com gap de massa inferior (superfície cinza escuro) com uma estrela de nêutrons com cores que variam do laranja escuro (1 milhão de toneladas métricas por centímetro cúbico) ao branco (600 milhões de toneladas métricas por centímetro cúbico). O sinal da onda gravitacional é representado com um conjunto de valores de amplitude de deformação de polarização positiva usando cores que vão do azul escuro ao ciano. Crédito:I. Markin (Universidade de Potsdam), T. Dietrich (Universidade de Potsdam e Instituto Max Planck de Física Gravitacional), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional).
Antes da detecção de ondas gravitacionais em 2015, as massas dos buracos negros de massa estelar foram encontradas principalmente através de observações de raios X, enquanto as massas das estrelas de nêutrons foram encontradas através de observações de rádio. As medições resultantes caíram em duas faixas distintas, com uma diferença entre elas de cerca de duas a cinco vezes a massa do nosso Sol. Ao longo dos anos, um pequeno número de medições invadiu a diferença de massa, que permanece altamente debatida entre os astrofísicos.
A análise do sinal GW230529 mostra que ele veio da fusão de dois objetos compactos, um com massa entre 1,2 a 2,0 vezes a do nosso Sol e outro com pouco mais de duas vezes mais massivo.
Embora o sinal da onda gravitacional não forneça informação suficiente para determinar com certeza se estes objetos compactos são estrelas de nêutrons ou buracos negros, parece provável que o objeto mais leve seja uma estrela de nêutrons e o objeto mais pesado, um buraco negro. Os cientistas da Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA estão confiantes de que o objeto mais pesado está dentro da lacuna de massa.
As observações de ondas gravitacionais forneceram até agora quase 200 medições de massas de objetos compactos. Destas, apenas uma outra fusão pode ter envolvido um objeto compacto com lacuna de massa – o sinal GW190814 veio da fusão de um buraco negro com um objeto compacto que excede a massa das estrelas de nêutrons mais pesadas conhecidas e possivelmente dentro da lacuna de massa.
"Embora evidências anteriores de objetos com lacuna de massa tenham sido relatadas tanto em ondas gravitacionais quanto eletromagnéticas, este sistema é especialmente interessante porque é a primeira detecção de onda gravitacional de um objeto com lacuna de massa emparelhado com uma estrela de nêutrons", diz a Dra. Sylvia Biscoveanu da Universidade Northwestern. "A observação deste sistema tem implicações importantes tanto para as teorias da evolução binária quanto para as contrapartes eletromagnéticas das fusões de objetos compactos."
A quarta execução de observação está prevista para durar 20 meses, incluindo alguns meses de intervalo para realizar a manutenção dos detectores e fazer uma série de melhorias necessárias. Até 16 de janeiro de 2024, quando o intervalo atual começou, um total de 81 candidatos a sinais significativos foram identificados. GW230529 é o primeiro deles a ser publicado após investigação detalhada.
A quarta execução de observação será retomada em 10 de abril de 2024 com os detectores LIGO Hanford, LIGO Livingston e Virgo operando juntos. A corrida continuará até fevereiro de 2025, sem mais interrupções planejadas na observação.
Enquanto a corrida de observação continua, os investigadores do LIGO-Virgo-KAGRA estão a analisar os dados da primeira metade da corrida e a verificar os restantes 80 candidatos a sinais significativos que já foram identificados. No final da quarta execução de observação, em Fevereiro de 2025, o número total de sinais de ondas gravitacionais observados deverá exceder 200.
Um documento de trabalho descrevendo as descobertas foi publicado junto com um resumo.
