Os cientistas encontraram a evidência mais forte até agora de que um buraco negro e uma estrela de neutrões colidiram numa órbita oval, em vez dos círculos quase perfeitos que os cientistas normalmente esperam antes de tal fusão. A descoberta desafia ideias de longa data sobre como estes vapores cósmicos extremos se formam e evoluem.
O estudo foi conduzido por cientistas da Universidade de Birmingham, da Universidade Autônoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional. Seus resultados foram publicados em 11 de março Cartas de diários astrofísicos.
Uma órbita oval incomum foi descoberta durante a fusão de um buraco negro e uma estrela de nêutrons
Os astrônomos geralmente esperam que os pares estrela de nêutrons-buraco negro estejam em órbitas circulares muito antes de se fundirem. No entanto, uma nova análise do evento de onda gravitacional GW200105 revelou que este sistema ainda se movia ao longo de uma trajetória oval pouco antes dos dois objetos se conectarem. A fusão acabou produzindo um buraco negro com cerca de 13 vezes a massa do Sol. A descoberta de uma órbita oval em eventos semelhantes não foi relatada antes.
A Dra. Patricia Schmidt, da Universidade de Birmingham, explicou: “Esta descoberta dá-nos novas pistas importantes sobre como estes objetos extremos se unem. Diz-nos que os nossos modelos teóricos estão incompletos e levanta novas questões sobre onde no universo tais sistemas nascem.”
Dados de ondas gravitacionais mostram o formato da órbita
Para investigar o evento, a equipe examinou dados dos detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo usando um novo modelo desenvolvido no Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da Universidade de Birmingham. Esta abordagem permitiu aos pesquisadores medir o quão esticada é a órbita (excentricidade) e determinar se o sistema apresenta oscilação relacionada ao spin (precessão). Esta é a primeira vez que os cientistas medem esses dois efeitos juntos em um evento de estrela de nêutrons e buraco negro.
Geraint Praten, pesquisador da Royal Society University na Universidade de Birmingham, disse: “A órbita denuncia o jogo. Sua forma elíptica pouco antes da fusão mostra que este sistema não evoluiu silenciosamente de forma isolada, mas quase certamente foi formado por interações gravitacionais com outras estrelas ou talvez uma terceira lua.”
A nova análise desafia suposições anteriores
A equipe realizou uma análise bayesiana que comparou milhares de modelos teóricos com o sinal real da onda gravitacional. Os seus resultados mostram que uma órbita circular é altamente improvável, descartando-a com 99,5% de confiança.
Estudos anteriores do GW200105 sugeriram que a órbita era circular. Devido a esta suposição, eles subestimaram a massa do buraco negro e superestimaram a massa da estrela de nêutrons. A nova análise corrige estas medições e não encontra nenhuma evidência forte de precessão, sugerindo que a órbita oval provavelmente surgiu durante a formação do sistema, em vez de ser causada por efeitos de spin.
Gonzalo Moras, da Universidade Autónoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, disse: “Esta é uma evidência convincente de que nem todos os pares estrela de neutrões-buraco negro têm a mesma origem. A órbita excêntrica sugere um local de nascimento num ambiente onde muitas estrelas interagem gravitacionalmente.”
Um quadro mais complexo de fusões cósmicas
Os resultados obtidos desafiam a ideia amplamente difundida de que todas as fusões entre estrelas de nêutrons e buracos negros ocorrem ao longo de uma via de formação dominante. Em vez disso, estudos sugerem que podem existir múltiplos cenários de formação, alguns dos quais se formam em ambientes estelares lotados onde as interações gravitacionais são comuns.
A pesquisa também ajuda a explicar a crescente variedade de fusões binárias compactas observadas através de ondas gravitacionais. À medida que os detectores continuam a identificar novos eventos, os astrónomos esperam descobrir sistemas adicionais invulgares que revelem novas rotas pelas quais estas poderosas colisões cósmicas ocorrem.
