Os cientistas encontraram a evidência mais forte até agora de que um buraco negro e uma estrela de neutrões colidem quando se movem ao longo de uma órbita elíptica, em vez dos círculos quase perfeitos que os cientistas normalmente esperariam antes de tal fusão. A descoberta desafia ideias de longa data sobre como estes pares cósmicos extremos se formam e evoluem.
A pesquisa foi conduzida 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.
Órbitas ovais incomuns detectadas em fusões de buraco negro e estrela de nêutrons
Os astrónomos normalmente esperam que as estrelas de neutrões e os pares de buracos negros se estabeleçam em órbitas circulares muito antes de se fundirem. No entanto, uma nova análise do evento de onda gravitacional GW200105 revelou que o sistema ainda viajava numa trajetória elíptica pouco antes dos dois objetos colidirem. A fusão acabou produzindo um buraco negro com cerca de 13 vezes a massa do Sol. A detecção de tais órbitas elípticas em tais eventos não foi relatada anteriormente.
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 revelam formato orbital
Para investigar o fenômeno, a equipe estudou 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. Este método permitiu aos pesquisadores medir o quanto a órbita foi esticada (excentricidade) e determinar se o sistema apresentava oscilações (precessão) relacionadas ao giro. Esta é a primeira vez que os cientistas medem estes dois efeitos juntos num evento de estrela de neutrões-buraco negro.
Geraint Pratten, pesquisador da Royal Society University na Universidade de Birmingham, disse: “A órbita joga o jogo fora. Sua forma elíptica pouco antes da fusão mostra que este sistema não evoluiu silenciosamente de forma isolada, mas quase certamente se formou através de uma interação gravitacional com outra estrela ou talvez uma terceira companheira.”
Nova análise desafia suposições anteriores
A equipe realizou uma análise Bayesiana que comparou milhares de modelos teóricos com sinais reais de ondas gravitacionais. Os seus resultados mostram que uma órbita circular é altamente improvável, descartando-a com 99,5% de confiança.
Estudos anteriores do GW200105 presumiram que a órbita era circular. Por causa dessa suposição, subestimaram a massa do buraco negro e superestimaram a massa da estrela de nêutrons. A nova análise corrige essas medições e não encontra nenhuma evidência forte de precessão, sugerindo que a órbita elíptica surgiu durante a formação do sistema e não devido a efeitos de spin.
Gonzalo Moras, da Universidade Autónoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, disse: “Esta é uma evidência definitiva de que nem todos os pares estrela de neutrões-buraco negro partilham a mesma origem. As órbitas excêntricas sugerem um local de nascimento num ambiente onde muitas estrelas interagem gravitacionalmente.”
Uma imagem mais complexa da convergência cósmica
Os resultados desafiam a ideia amplamente difundida de que todas as fusões entre estrelas de nêutrons e buracos negros evoluem através de uma única via de formação dominante. Em vez disso, a investigação sugere que podem existir múltiplos cenários de formação, alguns moldados por ambientes estelares lotados onde as interações gravitacionais são comuns.
A pesquisa ajuda a explicar a crescente diversidade de fusões binárias compactas observadas através de ondas gravitacionais. À medida que os detectores continuam a detectar mais eventos, os astrónomos esperam descobrir sistemas adicionais incomuns que revelem novas rotas para estas poderosas colisões cósmicas.
