Astrônomos conseguiram detectar uma colisão entre dois buracos negros com um nível de detalhe sem precedentes. Esta descoberta oferece a visão mais clara até agora sobre a natureza desses fenômenos cósmicos e confirma previsões feitas por físicos renomados como Albert Einstein e Stephen Hawking.
O evento, chamado GW250114, foi registrado em janeiro quando pesquisadores do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) notaram a ocorrência. O LIGO é composto por dois instrumentos idênticos localizados em Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington, e detectou ondas gravitacionais, que são pequenas ondulações no espaço-tempo geradas pela colisão dos buracos negros.
A busca por ondas gravitacionais, fenômenos previstos em 1915 como parte da teoria da relatividade de Einstein, é a única maneira de identificar colisões de buracos negros a partir da Terra. Embora Einstein tenha acreditado que essas ondas fossem muito fracas para serem captadas pelo homem, o LIGO fez a første detecção delas em setembro de 2015, um feito que rendeu um prêmio Nobel a três cientistas envolvidos no desenvolvimento desse “telescópio de buracos negros.”
Nesta nova detecção, os buracos negros tinham massas entre 30 e 35 vezes a do Sol e estavam girando lentamente, segundo Maximiliano Isi, professor assistente de astronomia na Universidade de Columbia. Ele liderou um novo estudo utilizando os dados do GW250114, que foi publicado na revista Physical Review Letters. Os buracos negros estavam localizados a cerca de um bilhão de anos-luz da Terra e orbitavam-se em um padrão quase circular. Após a fusão, o buraco negro resultante tinha uma massa de aproximadamente 63 vezes a do Sol e girava a uma velocidade de 100 rotações por segundo.
Essas características tornam a fusão um paralelo quase exato da primeira detecção significativa de buracos negros, realizada há dez anos. No entanto, devido aos avanços nos instrumentos, a nova deteções permitiu observar os buracos negros com muito mais clareza, enquanto se aproximavam e se fundiam.
Com essa observação, os astrônomos obtiveram uma nova perspectiva sobre “a dinâmica do espaço e do tempo.” O LIGO, que também conta com dois instrumentos menores na Itália e no Japão (Virgo e KAGRA), é operado por uma comunidade científica global composta por cerca de 1.600 pesquisadores. Ele funciona detectando pequenas alterações no espaço causadas pelas ondas gravitacionais, que representam mudanças na distância menores que o raio do núcleo de um átomo.
Desde seu início, o LIGO já observou mais de 300 fusões de buracos negros e, no início deste ano, registrou a colisão de buracos negros mais massivos até agora, com massas de aproximadamente 100 e 140 vezes a do Sol. Ao longo dos anos, componentes essenciais do LIGO, incluindo lasers e espelhos, foram aprimorados para aumentar a precisão e reduzir o ruído de fundo. Essas melhorias tornaram a nova observação três vezes mais precisa do que a primeira detecção, realizada uma década atrás.
A nova clareza dos dados do GW250114 permite que os cientistas testem previsões sobre buracos negros feitas por físicos proeminentes ao longo das décadas. Uma das previsões, formulada pelo matemático neozelandês Roy Kerr em 1963, sugere que os buracos negros são objetos paradoxalmente simples, que podem ser descritos por uma única equação. Embora complexos e misteriosos, eles devem ser fully descritos por apenas dois números: sua massae sua velocidade de rotação.
Para testar essa teoria, os pesquisadores exploraram um fenômeno único das colisões de buracos negros: um “eco”, semelhante ao som de um sino, produzido pelo buraco negro resultante. Assim como uma campainha que toca quando golpeada, os buracos negros também “toquem” ondas gravitacionais. Essa ressonância fornece informações sobre a estrutura do buraco negro e do espaço ao seu redor. Embora o fenômeno tenha sido observado antes de forma sutil, o GW250114 forneceu um sinal com muito mais clareza, revelando “duas modulações… uma fundamental e outra em harmonia.”
Os pesquisadores afirmam que conseguir identificar essas duas características do eco confirma que esse buraco negro realmente pode ser descrito pela simples presença de massa e rotação. Isso é fundamental para entender como o espaço e o tempo funcionam, pois implica que os buracos negros deveriam ser “sem características” de certo modo, um fato pela primeira vez visibilizado com tanta evidência.
Outra teoria confirmada pelo GW250114 foi proposta pelo físico britânico Stephen Hawking em 1971, que afirmava que, ao fundir dois buracos negros, a área da superfície resultante deve ser igual ou maior do que a dos buracos negros originais. Essa teoria, simples mas profunda, sugere que a área total de um buraco negro nunca diminui; ela só pode aumentar ou permanecer a mesma.
Embora observações anteriores do LIGO tivessem indicado a validade dessa teoria, a clareza do novo sinal confere aos pesquisadores uma confiança sem precedentes. O fato de conseguirem identificar a parte do sinal proveniente dos buracos negros antes de se fundirem permite que infiram suas áreas, o que, por sua vez, é comparado à área do buraco negro resultante.
A importância do trabalho de Kerr e Hawking, como base sobre a qual essas teorias se sustentam, era reconhecida por Kip Thorne, um dos receptores do Nobel em reconhecimento a contribuições do LIGO. Ele também compartilhou que Hawking mostrou interesse em saber se o LIGO poderia testar sua teoria, e teria ficado fascinado ao ver a área dos buracos negros após a colisão aumentar.
Esse trabalho é um marco na astronomia de ondas gravitacionais e fundamenta os futuros estudos que visam um entendimento mais preciso da gravidade e da mecânica quântica. O LIGO redefiniu o que sabemos sobre objetos compactos, em especial os buracos negros, oferecendo uma nova visão sobre como eles se fundem e colidem no universo.
