Usando observações de ondas gravitacionais de uma fusão de buraco negro binário para verificar o teorema sem cabelo
Esses gráficos mostram distribuições de probabilidade para a frequência e os tempos de amortecimento dos modos de anel para o buraco negro remanescente formado em GW190521. O painel do meio ("intervalo A") é o modo dominante, enquanto o painel direito ("intervalo B") mostra o modo recém-descoberto, em excelente concordância com as previsões da relatividade geral (mostradas como um contorno pontilhado). O painel esquerdo ("Faixa C") é uma faixa de baixa frequência dominada por ruído sem sinais astrofísicos. Crédito:Universidade Radboud Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo o Prof. Badri Krishnan, da Radboud University, verificou uma importante propriedade dos buracos negros conhecida como teorema da falta de cabelo, usando observações de ondas gravitacionais. A pesquisa deles foi publicada na revista Physical Review Letters .
É um fato notável da natureza que os buracos negros sejam objetos extremamente simples. Na verdade, cada buraco negro no nosso Universo é completamente descrito por apenas dois números:a sua massa e o momento angular (ou “spin”). Isto não é verdade para estrelas ou planetas normais que são constituídos por distribuições de matéria muito mais complexas.
Assim como qualquer outra estrela, os buracos negros têm “modos quase normais”. Isso será familiar para a maioria dos leitores como propriedade de um sino:quando atingido por um martelo, o sino emite um espectro de tons que desaparecem lentamente com o tempo. Esses tons são determinados por muitos fatores, como o formato do sino, o material específico do qual o sino é feito, etc.
Teorema sem cabelo
De maneira semelhante, um buraco negro perturbado emite um espectro característico de sinais de ondas gravitacionais que têm frequências específicas e desaparecem com o tempo. À luz do teorema da ausência de cabelo, o espectro do modo quase normal para um buraco negro deve ser altamente restrito, uma vez que todo o espectro também deve ser determinado por apenas dois números.
Assim, quando recebemos o sinal de onda gravitacional de uma estrela incluindo pelo menos dois modos quase normais, podemos usar esta propriedade para determinar se é de facto um buraco negro ou não.
Surpresa nos dados
Para verificar esta propriedade dos buracos negros, a equipe reanalisou os dados do sinal da onda gravitacional de um evento binário de fusão de buracos negros conhecido como GW190521. Este evento foi detectado pelos observatórios LIGO e Virgo em maio de 2019.
Usando técnicas mais sensíveis, eles descobriram uma surpresa escondida nos dados:um segundo modo quase normal, muito mais fraco, esquecido pelas análises anteriores. Isto foi uma grande surpresa, uma vez que se pensava que tais detecções exigiriam detectores muito mais sensíveis, que só estariam disponíveis em meados da década de 2030.
Relatividade geral
“Há mais de 20 anos, propusemos tais observações como um meio de testar a natureza dos buracos negros”, diz Badri Krishnan. "Na altura não acreditávamos que os actuais detectores LIGO e Virgo seriam capazes de observar múltiplos modos de toque. Portanto, estes resultados são particularmente gratificantes para mim.
"Até agora, não encontrámos desvios das previsões da relatividade geral e Einstein continua a estar certo. A nossa análise mostra que as frequências e os tempos de amortecimento dos modos quase normais são consistentes com as previsões da relatividade geral."
Mais informações: Collin D. Capano et al, Multimode Quasinormal Spectrum from a Perturbed Black Hole, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.221402 Informações do diário: Cartas de revisão física
