gov-civil-vilareal.ptO espaço-tempo treme: pela primeira vez, os astrônomos veem um buraco negro comendo uma estrela de nêutrons
>Pela primeira vez, os astrônomos detectaram a coisa mais assustadora do Universo comendo a segunda coisa mais assustadora: um buraco negro devorando uma estrela de nêutrons.
Este é ao mesmo tempo um dos resultados de pesquisa mais legais e arrepiantes sobre os quais já escrevi. A fusão entre esses dois tipos de objetos mais densos no Universo cria um colossal explosão, ainda que totalmente escura. A única maneira foi detectado porque literalmente abalou o tecido do espaço-tempo .
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Melhor ainda? Os astrônomos detectaram um segundo apenas dez dias depois.
Os eventos temíveis foram encontrados por a colaboração LIGO-Virgo , instalações projetadas para detectar ondas gravitacionais , ondulações reais no tecido do espaço-tempo. Einstein previu que essas ondas seriam geradas por qualquer massa sendo acelerada, mas elas são de amplitude muito baixa e pastosas para serem detectadas, a menos que o objeto seja massivo, denso e fortemente acelerado.
No entanto, quando buracos negros ou estrelas de nêutrons se fundem, objetos com meros quilômetros de diâmetro, mas com massa igual à das estrelas, são acelerados em torno uns dos outros a taxas de esmagamento da alma, o suficiente para criar ondas gravitacionais agudas. Essas ondas se expandem na velocidade da luz, mas enfraquecem com a distância. Podemos detectá-los a centenas de milhões ou bilhões de anos-luz de distância, mas até então eles enfraqueceram tanto que o alongamento do espaço-tempo é extremamente pequeno, razão pela qual foram previstos um século atrás, mas não foram detectados diretamente até 2015 ( Eu tenho detalhes sobre aquela primeira descoberta importante e como tudo isso funciona em um artigo daquela época).
Arte que descreve a fusão de uma estrela de nêutrons (à direita) com um buraco negro (à esquerda). Crédito: Carl Knox (OzGrav)
Dezenas de eventos foram vistos desde então, principalmente pares de buracos negros se fundindo, embora fusões de estrelas de nêutrons também tenham sido vistas duas vezes. Até agora, porém, nenhum buraco negro jamais foi visto comendo uma estrela de nêutrons - na verdade, nenhum sistema binário buraco negro / estrela de nêutrons foi detectado em nossa galáxia!
Os eventos foram detectados em 5 de janeiro de 2020 e 15 de janeiro de 2020 e são chamados GW200105_162426 e GW200115_042309 respectivamente ( GW para ondas gravitacionais e, em seguida, os números são para a data e hora do dia em que foram detectados). O primeiro (vamos chamá-lo de GW200105) era um sinal forte, mas apenas visto claramente em um dos três detectores (um segundo estava desligado no momento, e foi visto apenas fracamente no terceiro). O segundo (GW200115) foi visto em todos os três*.
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Quando uma onda gravitacional passa pela Terra, a forma e a força das ondas nos dizem muito sobre o sistema que as criou. Ambos os eventos foram estatisticamente significativos (o que significa que os astrônomos pensam que são reais) e em ambos os casos as massas dos dois objetos se fundindo foram bastante baixas.
Uma estrela de nêutrons é incrivelmente pequena e densa, embalando a massa do Sol em uma bola com apenas alguns quilômetros de diâmetro. Esta obra de arte retrata um em comparação com Manhattan. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA
Os dois componentes que se fundiram no GW200105 tinham massas de 8,9 e 1,9 vezes a massa do Sol (com incertezas de cerca de 1,3 e 0,3 vezes a massa do Sol, respectivamente). O primeiro componente está bem dentro do território do buraco negro - a massa mínima para este tipo de buraco negro, pensamos, é cerca de 2,8 vezes a do Sol . O segundo, embora esteja abaixo desse limite, é quase certo uma estrela de nêutrons : O incrivelmente núcleo denso de uma estrela massiva após a estrela explodir como uma supernova. Uma esfera de neutrônio (como essa matéria é chamada) do tamanho de uma bola de chiclete pesaria tanto quanto cada ser humano na Terra combinado .
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O mesmo é verdade para o segundo evento, GW 200115: As massas são 5,7 (± 2 ou mais) e 1,5 (± .5 ou mais) vezes a do Sol. Então, novamente, claramente um buraco negro e uma estrela de nêutrons.
Ambos os sistemas começaram a vida como duas estrelas normais, mas massivas orbitando uma a outra. Um era provavelmente 20 ou mais vezes a massa do Sol. Ele consumiu seu combustível nuclear rapidamente, provavelmente em apenas alguns milhões de anos. Em seguida, inchou em uma estrela supergigante vermelha (como Antares ou Betelgeuse). Era tão grande que provavelmente engolfou ou quase engolfou a estrela companheira brevemente, e aquela segunda estrela teria puxado uma grande quantidade de massa da primeira estrela, tornando-se mais massiva.
A primeira estrela então explodiu, formando um buraco negro. Por fim, a segunda estrela também explodiu, formando uma estrela de nêutrons (ou, dependendo das massas iniciais e da rapidez com que uma perdeu material para a outra, poderia ter sido o contrário). De qualquer forma, o que restou foi uma estrela de nêutrons orbitando um buraco negro.
Se uma terceira estrela estivesse no sistema, ela poderia ter desequilibrado as duas, fazendo-as orbitar mais próximas. Ou é possível que ao longo de bilhões de anos os dois tenham emitido ondas gravitacionais fracas enquanto orbitavam, perdendo energia e lentamente espiralando juntos. De qualquer maneira, eventualmente eles ficaram próximos o suficiente, e BANG. O buraco negro engoliu a estrela de nêutrons.
A propósito, se você estiver curioso: o que resta após esse evento é um buraco negro mais massivo e maior. Isso é parte da coisa toda de um buraco negro: caia e agora você faz parte do buraco negro.
A energia orbital de tal sistema imediatamente antes desse momento final é difícil de entender. Dois objetos totalizando várias vezes a massa do Sol estão girando em torno um do outro quase à velocidade da luz. Essa energia tem que ir para algum lugar quando os dois se fundem. Para onde vai, é abalar o espaço-tempo.
Quando isso acontece, parte da massa do sistema é convertida diretamente na energia das ondas gravitacionais. Esta é uma imensa quantidade de energia. Nestes dois novos casos, algo como metade da massa do Sol foi convertida em energia. Veja bem, isso é feito por meio da equação E = mc ^ 2, e a velocidade da luz ao quadrado é um número muito, muito grande. Os momentos finais duraram meros segundos, mas a quantidade de energia criada foi algo como 1 00 quintilhões de vezes a luminosidade total do Sol (10vinte) durante o mesmo período de tempo!
No entanto, era quase certo que estava completamente escuro. Nenhuma luz foi emitida (nenhum flash foi visto por qualquer telescópio, pelo menos, e nenhum era necessariamente esperado). Toda a energia foi para ondas gravitacionais. Ambos os eventos estavam a cerca de um bilhão de anos-luz de distância, e nessa vasta distância os sinais enfraqueceram enormemente. Quando chegaram aqui, eram apenas um sussurro. Na verdade, para ser honesto, um sussurro perto dos detectores causaria um sinal muito maior do que esses eventos.
Fusões como essas são importantes porque realmente não entendemos completamente como um buraco negro e um sistema estelar de nêutrons são formados, ou como evoluem ao longo do tempo. Apenas ver esses eventos nos diz que esses sistemas binários existem - um bom começo - e também com que frequência eles acontecem em nosso volume local de espaço (desses, esperamos que haja aproximadamente uma fusão por semana em algum lugar a 2 bilhões de anos-luz de nós). Se mais forem detectados, isso ajudará os astrônomos a descobrir como esses binários estelares massivos se comportam.
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O que é ótimo! Contanto que eles estejam longe. Esse tipo de evento está bom para mim quando acontece em outra galáxia. Ainda mais perto seria legal, pegar um sinal melhor e poder analisá-lo melhor. Mas quando um monstro cósmico come outro, por mais incrível e legal que seja, acho que não me importo de ter um assento sangrento.
* Em 2019, um evento semelhante foi detectado, onde um buraco negro massivo se fundiu com o que é provavelmente um buraco negro de massa muito baixa. É possível que o segundo objeto fosse uma estrela de nêutrons extremamente massiva, mas bastante improvável.
