Universo tem buracos negros impossíveis; cientistas explicam o motivo

Buracos negros entre quarenta e cem massas solares são demais para nascer do colapso estelar, mas ainda não são supermassivos; há evidências de sua origem por meio de fusões.
O estudo analisou cento e cinquenta e três detecções confiáveis de fusões de buracos negros, incluindo trinta e quatro objetos particularmente pesados.
Existem duas populações distintas: buracos até cerca de quarenta massas solares com spins baixos e alinhados, e buracos a partir de aproximadamente quarenta e cinco massas solares com spins rápidos e caóticos, sinal de fusão prévia.
Esses buracos mais pesados teriam sido formados por merges repetidos em ambientes estelares densos, em vez de nascerem já pesados.
A pesquisa, publicada na Nature Astronomy, usa dados de três observatórios líderes para caracterizar esse modo de formação.

O universo abriga buracos negros que desafiam a formação tradicional. Buracos negros com massas entre 40 e 100 massas solares não nascem da morte de uma estrela nem alcançam o tamanho dos gigantescos centrais galácticos. Pesquisadores finalmente reuniram evidências de sua origem por meio de fusões.

A pesquisa, publicada nesta edição na Nature Astronomy, analisa um catálogo de ondas gravitacionais geradas pelas três maiores observatórios do mundo. Dos 153 eventos confiáveis de fusões, 34 envolviam objetos particularmente massivos, entre 40 e 100 massas solares.

Duas populações distintas

Ao comparar os sinais, os cientistas identificaram duas populações. Os buracos negros mais leves, até cerca de 40 massas solares, apresentaram spins alinhados, condizentes com formação por colapso estelar. A partir de ~45 massas solares, surgiu uma população mais pesada, com spins rápidos e direções caóticas, traço estatístico de fusões anteriores.

Isobel M. Romero-Shaw, coautora do estudo, afirma que o padrão observado indica repetidos acontecimentos de fusão em aglomerados densos de estrelas. Assim, buracos negros mais pesados parecem ser formados por acumulação de eventos anteriores, não por nascimento direto.

Evidência indireta de formação

Até o momento, nenhum desses buracos foi observado diretamente em raio-X ou no espectro óptico. Diferentemente dos buracos negros supermassivos, eles não aparecem nesses comprimentos de onda. Contudo, as colisões vibram o espaço-tempo, e essas vibrações revelam massas incomuns.

A conclusão central é que os buracos negros mais pesados são construídos ao longo do tempo, a partir de gerações anteriores de colisões, em ambientes muito densos do cosmos. A metodologia empregada reforça a ideia de que o universo abriga uma população de buracos negros impossivelmente grandes pela via de fusões sucessivas.

Fonte: estudo publicado na Nature Astronomy, com base nos dados de detecção de ondas gravitacionais de observatórios de primeira linha. O trabalho não aponta observações diretas, mas utiliza a assinatura das fusões para inferir a formação desses objetos.