A Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) detetou a fusão dos buracos negros mais massivos alguma vez observados através de ondas gravitacionais. A poderosa fusão produziu um buraco negro final com aproximadamente 225 vezes a massa do nosso Sol. O sinal, designado GW231123, foi detetado durante a quarta campanha de observação da rede LVK no dia 23 de novembro de 2023.

O LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) entrou para a história em 2015 quando fez a primeira deteção direta de ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo. Nesse caso, as ondas emanavam de uma fusão de buracos negros que resultou num buraco negro final com uma massa 62 vezes superior à do nosso Sol. O sinal foi detetado conjuntamente pelos detetores gémeos do LIGO, um localizado em Livingston, no estado norte-americano do Louisiana, e o outro em Hanford, Washington.

Desde então, a equipa do LIGO juntou-se a parceiros do detetor Virgo, na Itália, e do KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detetor), no Japão, para formar a Colaboração LVK. Estes detetores observaram coletivamente mais de 200 fusões de buracos negros na sua quarta campanha, e cerca de 300 no total desde o início da primeira em 2015.

Até agora, a fusão de buracos negros mais massiva - produzida por um evento que teve lugar em 2021 chamado GW190521 - tinha uma massa total de 140 vezes a do Sol.

No evento mais recente, GW231123, o buraco negro de 225 massas solares foi criado pela coalescência de buracos negros com massas aproximadamente 100 e 140 vezes superiores à do Sol.

Para além das suas massas elevadas, os buracos negros estão também a girar rapidamente.

"Este é o buraco negro binário mais massivo que observámos através de ondas gravitacionais e representa um verdadeiro desafio para a nossa compreensão da formação dos buracos negros", diz Mark Hannam da Universidade de Cardiff e membro da Colaboração LVK. "Buracos negros tão massivos são proibidos pelos modelos padrão de evolução estelar. Uma possibilidade é que os dois buracos negros deste par se tenham formado através de fusões anteriores de buracos negros mais pequenos".

Dave Reitze, o diretor executivo do LIGO no Caltech, afirma: "Esta observação demonstra mais uma vez como as ondas gravitacionais estão a revelar de forma única a natureza fundamental e exótica dos buracos negros em todo o Universo".

Um sistema que bate recordes

A elevada massa e a rotação extremamente rápida dos buracos negros de GW231123 empurram os limites da tecnologia de deteção de ondas gravitacionais e os modelos teóricos atuais. A extração de informação precisa do sinal exigiu a utilização de modelos que têm em conta a intrincada dinâmica dos buracos negros em alta rotação.

"Os buracos negros parecem estar a girar muito depressa - perto do limite permitido pela teoria da relatividade geral de Einstein", explica Charlie Hoy, da Universidade de Portsmouth e membro do LVK. "Isso torna o sinal difícil de modelar e interpretar. É um excelente caso de estudo para fazer avançar o desenvolvimento das nossas ferramentas teóricas".

Os investigadores continuam a aperfeiçoar a sua análise e a melhorar os modelos utilizados para interpretar estes fenómenos extremos. "Serão necessários anos para a comunidade desvendar completamente este intrincado padrão de sinais e todas as suas implicações", diz Gregorio Carullo, da Universidade de Birmingham e membro do LVK. "Apesar de a explicação mais provável continuar a ser a fusão de buracos negros, cenários mais complexos poderão ser a chave para decifrar as suas características inesperadas. Tempos excitantes à nossa frente!"

Investigando os limites da astronomia de ondas gravitacionais

Os detetores de ondas gravitacionais, como o LIGO, o Virgo e o KAGRA, foram concebidos para medir distorções minúsculas no espaço-tempo causadas por eventos cósmicos violentos. A quarta série de observações começou em maio de 2023, e as observações adicionais da primeira metade da campanha (até janeiro de 2024) serão publicadas no final do verão.

"Este evento leva as nossas capacidades de instrumentação e de análise de dados ao limite do que é atualmente possível", afirma Sophie Bini, investigadora pós-doutorada no Caltech e membro do LVK. "É um exemplo poderoso de quanto podemos aprender com a astronomia de ondas gravitacionais - e de quanto mais há para descobrir".

// LIGO (comunicado de imprensa)
// Caltech (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cardiff (comunicado de imprensa)
// Universidade de Birmingham (comunicado de imprensa)
// Universidade de Glasgow (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck de Física Gravitacional (comunicado de imprensa)
// Sumário da descoberta (PDF)

Quer saber mais?

GW231123:
Colaboração LIGO
Wikipedia

Ondas gravitacionais:
GraceDB (Gravitational Wave Candidate Event Database)
Wikipedia
Astronomia de ondas gravitacionais - Wikipedia
Ondas gravitacionais: como distorcem o espaço - Universe Today
Detetores: como funcionam - Universe Today
As fontes de ondas gravitacionais - Universe Today
O que é uma onda gravitacional (YouTube)

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory):
Página oficial
Caltech
Advanced LIGO
Wikipedia

Virgo:
EGO
Wikipedia

KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detetor):
Página oficial
Wikipedia