Cientistas começaram a decifrar a história de uma colisão cataclísmica entre dois buracos negros que, ao que tudo indica, se fundiram em uma órbita “esmagada” e excêntrica, uma configuração extremamente rara de se observar.
O evento, batizado de GW200208_222617, foi detectado pelos observatórios de ondas gravitacionais LIGO, nos Estados Unidos, e Virgo, na Itália. É um dos poucos casos já registrados com evidências claras de excentricidade orbital, ou seja, uma trajetória mais oval do que circular no momento da fusão.
Essa peculiaridade oferece pistas preciosas sobre como e onde esses sistemas binários de buracos negros se formam.
Desde a primeira detecção de ondas gravitacionais em 2015, a humanidade vem observando os ecos vibracionais de colisões entre buracos negros e estrelas de nêutrons. No entanto, quase todas as fusões detectadas até hoje exibem órbitas circulares, resultado de longos períodos de coevolução entre os pares.
O caso de GW200208_222617 é diferente. Segundo a equipe internacional liderada pela astrofísica Isobel Romero-Shaw, da Universidade de Cardiff, os dados apontam que o sistema não evoluiu isoladamente, mas sim em ambientes estelares densos ou múltiplos, onde interações gravitacionais complexas podem distorcer suas órbitas.
“Detectar excentricidade com confiança é crucial”, explica Romero-Shaw. “Ela nos diz que esses buracos negros não conviveram por bilhões de anos em uma órbita estável, algo os empurrou para essa colisão.”
O enigma da excentricidade
Para compreender o que aconteceu, os cientistas executaram simulações de três cenários de formação:
- Triplos de campo, sistemas de três estrelas ou buracos negros interagindo gravitacionalmente.
- Aglomerados estelares densos, onde centenas de estrelas massivas e buracos negros convivem em espaços compactos.
- Núcleos galácticos ativos, regiões turbulentas dominadas por buracos negros supermassivos.
Os resultados, publicados na revista Physical Review D, indicam que o evento é mais compatível com os dois primeiros cenários. Ou seja, GW200208_222617 provavelmente nasceu em um sistema de três corpos ou em um aglomerado estelar denso, locais ideais para colisões cósmicas de alta energia.
“Uma órbita achatada ou excêntrica sugere um encontro recente”, explica a pesquisadora. “Esses objetos podem ter se aproximado há pouco tempo, ou suas órbitas podem ter sido distorcidas por gás ou por um terceiro corpo massivo.”
O evento foi captado durante a terceira campanha observacional (O3) da colaboração LIGO–Virgo–KAGRA. Múltiplos grupos de análise chegaram independentemente à mesma conclusão: as ondas gravitacionais emitidas pela fusão mostram assinatura inequívoca de excentricidade orbital.
Essa é uma descoberta importante porque desafia o modelo padrão de formação de buracos negros binários, o chamado canal de evolução isolada. Nesse modelo, duas estrelas massivas nascem juntas, evoluem lado a lado, colapsam e eventualmente se fundem, mas com órbitas que se tornam quase perfeitamente circulares ao longo de milhões de anos.
A detecção de excentricidade significa que algo externo interferiu nesse processo: interações caóticas com outras estrelas, gás interestelar, ou o empurrão gravitacional de um terceiro buraco negro.
“A excentricidade é a evidência definitiva de que o sistema não se formou sozinho”, reforça Romero-Shaw. “Ela é uma assinatura de encontros dinâmicos em ambientes populosos.”
Com base em seus cálculos, os pesquisadores estimam que, se esse evento realmente se originou em um aglomerado estelar denso, então entre 7% e 100% de todas as fusões conhecidas podem ter tido a mesma origem.
Essa descoberta ajuda os cientistas a refinar modelos de formação de buracos negros e melhorar as simulações das ondas gravitacionais. Ela também tem implicações para a compreensão de como buracos negros crescem, migram e influenciam a evolução das galáxias.
O próximo passo será o desenvolvimento de modelos de forma de onda mais avançados, capazes de detectar excentricidade com ainda mais precisão. Com a próxima geração de detectores (como o LIGO A+, o Einstein Telescope e o Observatório Espacial LISA), será possível rastrear o “DNA gravitacional” desses sistemas e reconstruir sua história cósmica com detalhes sem precedentes.
Sobre a Imagem: “Detectar a excentricidade com segurança é crucial para identificar como os buracos negros binários que vemos com ondas gravitacionais estão se formando”, explica a Dra. Isobel Romero-Shaw. Crédito: Universidade de Cardiff.
Link do estudo: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/jj7m-x66y
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