Os cientistas encontraram evidências de que as ondas gravitacionais provenientes da colisão de um buraco negro espetacular transportam sinais desde a borda do buraco negro recém-formado. Se for confirmada por observações futuras, a descoberta poderá fornecer uma forma totalmente nova de investigar o que acontece em torno dos buracos negros sem observá-los diretamente.
Num novo estudo, os investigadores analisaram um evento de onda gravitacional excepcionalmente forte conhecido como GW250114. Eles detectaram uma “onda direta”, uma característica sutil do sinal total da onda gravitacional previsto pela teoria, mas nunca detectado antes em dados reais. O sinal parece conter informações muito próximas do buraco negro horizonte de eventosAlém dessa fronteira, nada, nem mesmo a luz, pode escapar.
As descobertas foram publicadas na revista em 24 de junho. a naturezasugere que as observações de ondas gravitacionais podem eventualmente permitir aos astrónomos sondar regiões que permaneceram inacessíveis desde os primeiros buracos negros Albert Einstein previu Teoria geral Relatividade.
Ouvindo a borda do buraco negro
Os astrónomos têm, no entanto, Fotografias de materiais iluminados Com dezenas de buracos negros detectados em torno de alguns buracos negros supermassivos e coalescendo através de ondas gravitacionais, o horizonte de eventos em si é frustrantemente difícil de estudar.
Ao contrário da luz comum, Ondas gravitacionais são pequenas ondas no espaço-tempo é produzido quando objetos massivos são acelerados. Eles atravessam o universo quase perfeitamente, carregando informações sobre eventos cósmicos violentos que de outra forma permaneceriam ocultos.
De acordo com os coautores do estudo Sizheng MaUm pesquisador de pós-doutorado no Instituto Perimeter de Física Teórica do Canadá, o sinal recém-identificado fornece um raro vislumbre do que acontece imediatamente após a colisão de dois buracos negros.
Quando dois buracos negros se fundem, eles emitem ondas gravitacionais – ondulações na estrutura do espaço-tempo – por todo o universo. O estudo dessas ondas pode fornecer informações sobre buracos negros recém-formados.
(Crédito da imagem: K. Thorne (Caltech) e T. Carnahan (NASA GSFC))
“Quando dois buracos negros se fundem, eles agitam violentamente o espaço-tempo”, disse Ma à WordsSideKick.com. “Por um breve momento, a região muito próxima do horizonte do buraco negro recém-formado é engolfada por um vórtice rápido e desbotado.”
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Ma explicou que as ondas diretas fazem parte do sinal de onda gravitacional produzido perto do horizonte e carregam a marca desse movimento para fora através do espaço.
“É por isso que é tão interessante”, disse ele. “Isto pode permitir-nos ‘ouvir’ o que acontece perto do horizonte, uma região que não podemos ver com luz direta.”
A equipe se concentrou em GW250114, uma fusão de buraco negro detectada em 14 de janeiro de 2025 por dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser (LIGO) em Hanford, Washington e Livingston, Louisiana.
“Nosso trabalho teórico anterior previu que as fusões de buracos negros gerariam um sinal de onda direta vindo da região do horizonte próximo”, disse Ma. “A grande questão era se esse efeito poderia realmente ser visto em dados reais”.
GW250114 fornece as condições necessárias para testar essa previsão.
“É forte o suficiente, claro o suficiente e próximo o suficiente da situação teórica onde este sinal deveria ser visível”, disse ele.
Para procurar esta característica indescritível, os investigadores primeiro removeram a parte mais bem percebida do sinal da onda gravitacional, que vem do buraco negro recém-formado após a fusão. Em seguida, eles examinam os dados restantes para determinar se são apenas ruído do detector ou outro sinal físico.
“O que descobrimos foi interessante”, diz Ma. “O resto do sinal seguiu o ritmo esperado e o padrão de desvanecimento de uma onda moldada pela região muito próxima do horizonte do buraco negro final.”
A equipe concluiu que o sinal residual corresponde ao comportamento esperado para uma onda direta prevista por estudos teóricos anteriores.
A próxima missão LISA da ESA irá detectar ondas gravitacionais vindas do espaço, fornecendo mais informações sobre as ondas misteriosas do que os actuais detectores baseados na Terra.
(Crédito da imagem: Sobre o Espaço / Getty Images)
Uma nova maneira de explorar a gravidade extrema
Os investigadores sublinham que os seus resultados não revelam o que existe dentro de um buraco negro. Em vez disso, estão a fornecer uma nova ferramenta de observação para sondar a região imediatamente para além do horizonte de eventos.
“Os dados das ondas gravitacionais parecem trazer uma marca muito próxima do horizonte do buraco negro recém-formado – o famoso ponto sem retorno”, disse Ma.
Ele explicou que as medidas correspondem ao espaço-tempo próximo ao horizonte Arraste rapidamente Quando o forte campo gravitacional do buraco negro giratório desaparece, o sinal desaparece.
“Para nós, a mensagem emocionante é que as ondas gravitacionais podem dar-nos uma nova forma de estudar a borda de um buraco negro usando dados observacionais reais”, disse Ma.
Ma acredita que o método poderá eventualmente ser útil para explorar conceitos como a gravidade quântica – que procura combinar a teoria da gravidade de Einstein com a mecânica quântica – ou o paradoxo da informação do buraco negro, o enigma de longa data sobre se a informação que cai num buraco negro está realmente perdida. No entanto, ainda não é possível testar essas questões diretamente.
“Se os efeitos quânticos, ou quaisquer desvios da imagem padrão do buraco negro, deixarem uma marca mensurável ali, as ondas diretas poderiam, em princípio, ajudar-nos a procurá-las no futuro”, disse ele.
Mais observações serão necessárias
Os investigadores alertam que a descoberta se baseia num único evento de onda gravitacional. Embora GW250114 proporcione condições excepcionalmente favoráveis, evidências muito mais fortes surgirão apenas quando sinais semelhantes forem obtidos de muitas fusões adicionais de buracos negros.
“Há dois aspectos principais”, disse Ma. “O primeiro é a teoria.”
Os modelos atuais capturam a física essencial, mas permanecem simplificados e exigirão uma descrição mais realista das fusões de buracos negros.
“A segunda é a observação”, acrescentou. “Este resultado vem de um evento excepcionalmente alto e claro, portanto uma forte confirmação viria da observação de padrões semelhantes em outras fusões de buracos negros.”
À medida que as observações das ondas gravitacionais continuam a melhorar e a detectar um número crescente de fusões, os investigadores esperam determinar se as ondas diretas são uma característica universal da colisão de buracos negros.
“Se o padrão aparecer repetidamente nas previsões da relatividade geral”, disse Ma, “as ondas diretas poderão tornar-se uma nova forma de estudar horizontes de buracos negros ou regiões muito próximas deles e testar a teoria de Einstein num dos ambientes mais extremos do Universo.”
Se observações futuras confirmarem as descobertas da equipa, os cientistas poderão alcançar algo que desejam há décadas: uma janela de observação direta na extremidade de um buraco negro.
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