As oscilações da órbita do buraco negro reforçam a relatividade geral

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As oscilações da órbita do buraco negro reforçam a
relatividade geral
As oscilações medidas nas órbitas de um par de buracos negros ajudaram mais uma vez a confirmar as
previsões feitas usando a relatividade geral.
A teoria da relatividade geral de Einstein revolucionou nossa compreensão do espaço e do tempo, com
muitas previsões fascinantes sobre as propriedades da gravidade. Mais de um século desde que esta
teoria foi formulada, muitas dessas previsões foram confirmadas experimentalmente, as mais famosas
das quais são anomalias na órbita de Mercúrio e a curvatura da luz como resultado de um campo
gravitacional.
Todos esses fenômenos foram descobertos com telescópios ópticos convencionais, mas nos últimos
anos, um novo método surgiu para estudar campos gravitacionais muito fortes, nos quais correções
relativistas à física clássica newtoniana são mais perceptíveis. Isso envolve a análise de ondas
gravitacionais geradas em eventos cósmicos catastróficos usando observatórios ultra-sensíveis.
Um dos efeitos físicos previstos pela relatividade geral que os físicos esperavam observar é a precessão
do plano orbital, consistindo de oscilações periódicas do plano orbital de dois corpos gravitacionais. Um
exemplo de tal plano é a eclíptica em que as órbitas de todos os planetas do nosso sistema solar se
encontram, mas sua precessão tem sido impossível de medir devido à fraqueza do efeito.
No entanto, de acordo com a relatividade geral, quanto mais fortes os campos gravitacionais dos corpos
celestes e mais rápido suas rotações, mais perceptível o efeito se torna, o que torna os buracos negros
https://www.space.com/17661-theory-general-relativity.html
https://www.advancedsciencenews.com/what-is-a-black-hole/
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binários os candidatos mais adequados para estudá-lo.
Nos aproximadamente sete anos que se passaram desde o advento da astronomia gravitacional, os
cientistas foram capazes de detectar várias dezenas desses sistemas estudando as ondas gravitacionais
emitidas por um par de buracos negros quando se fundem em um, mas o sinal sempre foi fraco demais
para os pesquisadores deduzir a contribuição do efeito da precessão da órbita. E, finalmente, uma
equipe de físicos da Universidade de Cardiff, do LIGO e das colaborações de Virgem poderia observar
um efeito há muito previsto.
Oscilações da órbita do buraco negro
O grupo liderado por Mark Hannam, da Universidade de Cardiff, analisou um sinal registrado por três
observatórios de ondas gravitacionais – o LIGO americano, o Virgo Europeu e o Kagro japonês – e,
comparando o espectro de energia e emissão com as previsões da relatividade geral, chegaram à
conclusão de que os detectores registraram ondas gravitacionais emitidas pela fusão de dois buracos
com órbita descontroladamente precessão.
O sinal do evento, chamado GW200129, é o “louvato” de mais de 80 sinais desse tipo a serem
registrados pelos cientistas até agora.
A análise mostrou que o sistema binário consiste em buracos negros com massas aproximadamente
iguais a 40 e 20 massas solares, onde o buraco negro maior tinha um momento angular, o que
caracteriza a velocidade de sua rotação, próximo ao máximo teórico permitido pela relatividade geral.
O período de precessão de órbita que os pesquisadores deduziram da forma do sinal foi inferior a um
segundo nos estágios finais da fusão do buraco negro, que é cerca de dez ordens de magnitude mais
curta do que o período de precessão em sistemas binários de estrelas de nêutrons que os cientistas
estudaram anteriormente.
Os resultados obtidos pelos físicos não só ajudam a confirmar a previsão da relatividade geral para o
caso de campos gravitacionais extremamente fortes, mas também desafia os modelos existentes de
formação binária de buracos negros. Eles geralmente são pensados para se originar de estrelas
massivas binárias, mas a análise da dinâmica de tais sistemas prevê que o momento angular dos
buracos negros formados não deve ser muito grande, o que contradiz claramente as conclusões do
presente estudo.
A equipe notou uma série de hipóteses sobre o possível mecanismo de formação de tais sistemas
binários com buracos negros em rápida rotação, mas apenas observações futuras ajudarão a determinar
se algum deles está correto. Felizmente, a rede internacional de observatórios de ondas gravitacionais
está sendo atualizada, e seu próximo estágio de exploração do universo está planejado para começar
em 2023.
Referência: Mark Hannam et al, Precessão Geral-relativista em um binário de buracos negros, Nature
(2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05212-z
Crédito da imagem: imondesign em Pixabay
ASN WeeklyTradução
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05212-z
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