A grande descoberta de sinais de ondas gravitacionais no espaço

 

Até agora foi detectado ondas gravitações produzidas ou por dois buracos negros ou duas estrelas de neutrons, massas detectores Virgo (na Itália), LIGO (com duas instalações nos Estados Unidos) e o japonês KAGRA informam no The Astrophysical Journal Letters da primeira observação de pares "combinados" formados por um buraco negro e uma estrela de nêutrons.
A descoberta foi realizada em janeiro de 2020 quando detectaram dois sinais gravitacionais emitidas por dois sistemas, nos quais um buraco negro e uma estrela de nêutrons, rodando uma ao redor da outra,  se fundiram em um único objeto compacto. 
A existência desses dois foi predita pela comunidade astronômica há várias décadas, mas até a data nunca foram observadas com segurança, se fosse por sinais eletromagnéticos ou gravitacionais.
Em 5 de janeiro de 2020, o detector Advanced LIGO em Livingston (Louisiana, nos Estados Unidos e o detector italiano Advanced Virgo, observaram uma onda gravitacional produzida pelas últimas órbitas (fase espiral), antes da fusão, de um par formado por uma estrela de nêutrons (EN) e um buraco negro (AN). Um conjunto, ENAN.
Somente 10 dias depois, um segundo sinal de onda gravitacional procedente da fase espieral e fusão de um sistema binário semelhante foram observados pelos dois detectores de LIGO (tanto no de Livingston como outro que opera em Hanford, estado de Washington) e o de Virgo.
Esses eventos, apelidados como GW200105 e GW200115 pelas datas de suas detectações, representam as primeiras observações de ondas gravitacionais geradas por uma combinação de uma estrela de nêutrons e um buraco negro, já que dois sinais gravitacionais anteriores (GW190814 e GW190426) havia sido consideradas candidatas ENAN, mais um nível de confiança suficientemente elevado.
Os sistemas duplos de estrelas de nêutrons foram observados pela primeira vez na Via Láctea de 1974 monitorizando pulsos de ondas de rádios pela estrela de nêutrons, conhecidas como rádio-pulsares.
"A comunidade astronômica dedicaram décadas a buscar rádio orbitando ao redor de buracos negros, mais não encontraram nenhuma na Via Láctea até agora", comenta Astrid Lamberts, investigadora do CNRS e membro da colaboração nos laboratórios Artemis e Lagrande, em Niza.

 

O SISTEMA BINÁRIO PERDIDO

 

"Os pares de buracos negros e estrela de nêutrons foram de fato para os astrônomos no "sistema binário perdido", destacou. Com esse novo descobrimento, podemos finalmente começar a entender como muitos desses sistemas existem, como que frequência se juntam, e por que não vemos ainda exemplos na Via Láctea".
Os sinais gravitacionais detectadas em janeiro codificam informação valiosa sobre as características físicas dos sistemas, tais como a massa e a distância dos pares de ENAN, assim como sobre os mecanismos físicos que geraram esses objetos e que colapsaram.
A analise do sinal mostrou que o buraco negro e a estrela de nêutrons que originaram GW200105 são, respectivamente, de ao redor de 8,9 e 1,9 vezes mais massivo como o nosso Sol e que sua fusão ocorreu há uns 900 milhões de anos, centenas de milhões de anos antes dos primeiros dinossauros apareceram na Terra.
  No caso do evento GW200115, os científicos de Virgo e LIGO estimam que os dois objetos compactos massas de umas 5,7 (para o AN) e 1,5 (para a EN) vezes a massa do Sol e que se fundiu há quase um bilhão de anos.
A estimativa da massa mais massiva em ambos os casos cai dentro do intervalo de ajuste predito para os buracos negros formando nos modelos de evolução estelar. 
A massa mais rápida é também consistente com as estrelas de nêutrons e esses resultados indicam que ambos os sistemas detectados são pares ENAN, inclusive tem diferentes níveis de confiança.
Nesse sentido, embora a significância estatística GW200105 não é tão alta, a "forma" do sinal assim como parâmetros inferidos das analises, conduzem aos investigadores a acreditar que tem uma origem astrofísica.
"Uma grande quantidade de trabalho de recursos computacionais dedicaram à estimativa desses parâmetros. De fato, um aspecto crucial na analises dos altos registrados pelos detectores de ondas gravitacionais é extrair a informação útil, que sempre se mistura com o ruído", adicionou Giancarlo Cella, investigador do INFN e coordernador do grupo de analises de dados de Virgo.
"Necessitamos obter melhores estimativas das propriedades das fontes e ao mesmo tempo queremos conhecer qual é a probabilidade de que um sinal identificada se deve simplesmente a uma flutuação aleatório".

 UMA CHAMA ESPETACULAR  

 

Uma prova adicional da detecção de um sistema misto de uma estrela de nêutrons e um buraco negro poderia ter sido a detecção de radiação eletromagnética junto com as ondas gravitacionais. De fato, se a massa dos dois objetos compacta são aproximadamente comparáveis, a estrela de nêutrons, enquanto se aproxima ao buraco negro, esta sujeita a tais forças de maré que se fragmenta.
Nesse caso, além das emissões gravitacionais, poderiam também observar uma espetacular radiação eletromagnética, devido a desintegração da matéria estelar ao redor do buraco negro: um mecanismo semelhante ao que conduz à formação de discos de acréscimo ao redor de buracos negros gigantes no centro das galáxias.
Esse provavelmente não aconteceu nem para GW200105 nem para GW200115, já que ambos casos da massa do buraco negro era muito grande, por assim dizer, que sua companheira de um só mordida.
"temos a evidência de que nossa sensibilidade está agora por cima do umbral requerido para detectar sistema desses tipos", afirmou Cella, "e esperamos que fizessem isso de maneira de rotina nos próximos períodos de observação". "O fato de que detectamos agora os três tipos de sistemas binários nos ajudaria a desenvolver teorias para explicar as propriedades de todos eles de maneira consistente", apontou Lamberts.
"De fato, esse descobrimento nos permite aprofundar em nossa compreensão sobre os fenômenos mais extremos do Universo ajudando-os a entender qual mecanismos poderiam ter gerados".
O resultado anunciando hoje, junto com as dezenas de detectação realizadas por Virgo e LIGO até a data, nos permitem, pela primeira vez, uma observação próxima de um dos fenômenos mais violentos e raros do Universo, e desenhar uma imagem inédita das concorridas e caóticas regiões que são um dos possíveis nos ambientes aonde se geraram esses eventos.

Ainda, a informação detalhada que começaram a recopilar sobre a física das fusões de buracos negros e estrela de nêutron, nos oferece a oportunidade de colocar a prova as leis fundamentais da física em condições  extremas, que obviamente nunca poderemos ser capazes de reproduzir na Terra.

"O descobrimento anunciando hoje é mais no tesouro do terceiro período de observação de LIGO-Virgo", adiciona Giovanni Losurdo, porta-voz de Virgo e investigador do INFN.

"LIGO e Virgo revelou colisões catastróficas, nunca antes observadas, iluminando sobre uma paisagem cósmica genuinamente nova. Agora estamos atualizando os detectores com o objetivo de olhar muito mais além nas profundidades do cosmos, buscando novas gemas jóias, perseguindo uma compreensão mais profunda do universo no qual vivemos".

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