Uma equipe internacional de astrofísicos com participação da Universidade de Zurique propõe um novo método para detectar pares dos maiores buracos negros encontrados nos centros de galáxias, analisando ondas gravitacionais geradas por binários de pequenos buracos negros estelares próximos.
A origem dos buracos negros supermassivos encontrados nos centros das galáxias ainda é um dos maiores mistérios da astronomia. Eles podem ter sido sempre massivos e se formado quando o Universo ainda era muito jovem. Alternativamente, eles podem ter crescido ao longo do tempo ao agregar matéria e outros buracos negros. Quando um buraco negro supermassivo está prestes a comer outro buraco negro massivo, isso emitirá ondas gravitacionais, que são ondulações no espaço-tempo que se propagam pelo Universo.
Ondas gravitacionais foram detectadas recentemente, mas apenas de pequenos buracos negros que são os restos de estrelas. Detectar os sinais de pares individuais de grandes buracos negros ainda é impossível, porque os detectores atuais não são sensíveis às frequências muito baixas de ondas gravitacionais que eles emitem. Detectores futuros planejados, como a missão espacial LISA liderada pela ESA, remediarão isso parcialmente, mas detectar os pares de buracos negros mais massivos ainda estará fora de questão.
Uma equipe internacional de astrofísicos liderada por ex-alunos da Universidade de Zurique propõe uma nova ideia, e um método inovador, para detectar pares dos maiores buracos negros encontrados nos centros de galáxias, analisando ondas gravitacionais geradas por binários de pequenos buracos negros estelares próximos, que são os restos de estrelas colapsadas. Essa abordagem, que exigirá um detector de ondas gravitacionais deci-Hz, permitiria descobrir os maiores binários de buracos negros supermassivos, que podem permanecer inacessíveis de outra forma.
“Nossa ideia funciona basicamente como ouvir um canal de rádio. Propomos usar o sinal de pares de pequenos buracos negros de forma semelhante à forma como as ondas de rádio transportam o sinal. Os buracos negros supermassivos são a música que é codificada na modulação de frequência (FM) do sinal detectado.” disse Jakob Stegmann, autor principal do estudo que começou este trabalho na Universidade de Zurique como um aluno visitante e desde então mudou-se para o Instituto Max Planck de Astrofísica como um pesquisador de pós-doutorado. “O aspecto inovador desta ideia é utilizar altas frequências que são fáceis de detectar para sondar frequências mais baixas às quais ainda não somos sensíveis.”
Resultados recentes de matrizes de tempo de pulsar já dão suporte à existência de binários de buracos negros supermassivos em fusão. Essa evidência é, no entanto, indireta e vem do sinal coletivo de muitos binários distantes que efetivamente criam ruído de fundo.
O método proposto para detectar binários individuais de buracos negros supermassivos aproveita as mudanças sutis que eles causam nas ondas gravitacionais emitidas por um par de pequenos buracos negros de massa estelar próximos. O pequeno buraco negro binário funciona efetivamente como um farol revelando a existência dos buracos negros maiores. Ao detectar as pequenas modulações em sinais de pequenos buracos negros binários, os cientistas poderiam identificar binários de buracos negros supermassivos previamente ocultos com massas variando de 10 milhões a 100 milhões de vezes a do nosso Sol, mesmo a grandes distâncias.
Lucio Mayer, coautor do estudo e teórico de buracos negros na Universidade de Zurique, acrescentou: “Como o caminho para a Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA) está definido, após a adoção pela ESA em janeiro passado, a comunidade precisa avaliar a melhor estratégia para a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais, em particular qual faixa de frequência eles devem atingir – estudos como este trazem uma forte motivação para priorizar um projeto de detector deci-Hz.”
Literatura:
Stegmann J.; Zwick L.; Vermeulen SM; Antonini F.; Mayer L. Impressões de binários massivos de buracos negros em fontes vizinhas de ondas gravitacionais decihertz. Nature Astronomy, 5 de agosto de 2024. doi:10.1038/s41550’024 -02338-0 (2024). ‘024 -02338-0