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Fusão binária de buracos negros, onde os dois buracos negros têm massas distintas de 8 a 30 vezes a do Sol. Crédito: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional), projeto Simulating eXtreme Spacetimes
As expectativas da comunidade de pesquisa de ondas gravitacionais foram cumpridas: as descobertas de ondas gravitacionais agora fazem parte do seu trabalho diário, como identificaram no passado observando a corrida O3, novos candidatos a ondas gravitacionais cerca de uma vez por semana. Mas agora, os pesquisadores publicaram um sinal notável, diferente de todos os vistos anteriormente: GW190412 é a primeira observação de uma fusão binária de buracos negros, onde os dois buracos negros têm massas distintas de 8 a 30 vezes a do Sol. Isso não apenas permitiu medições mais precisas das propriedades astrofísicas do sistema, mas também permitiu aos cientistas do LIGO / Virgo verificar uma previsão até agora não testada da teoria da relatividade geral de Einstein.
"Pela primeira vez, ouvimos no GW190412 o zumbido inconfundível de ondas gravitacionais de um harmônico mais alto, semelhante a tons de instrumentos musicais", explica Frank Ohme, líder do Grupo de Pesquisa Independente Max Planck "Observações Binárias de Fusão e Numéricas Relatividade "no Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) em Hannover. "Em sistemas com massas desiguais como GW190412 - nossa primeira observação desse tipo - essas sobretons no sinal de ondas gravitacionais são muito mais altas do que em nossas observações usuais. É por isso que não as ouvíamos antes, mas em GW190412, finalmente posso." Essa observação confirma mais uma vez a teoria da relatividade geral de Einstein, que prevê a existência desses harmônicos mais altos, ou seja,
"Os buracos negros no coração do GW190412 têm 8 e 30 vezes a massa do nosso Sol, respectivamente. Este é o primeiro sistema binário de buracos negros que observamos, cuja diferença entre as massas dos dois buracos negros é tão grande! " diz Roberto Cotesta, Ph.D. aluno da divisão "Relatividade astrofísica e cosmológica" da AEI em Potsdam. "Essa grande diferença de massa significa que podemos medir com mais precisão várias propriedades do sistema: sua distância para nós, o ângulo que olhamos para ele e a rapidez com que o pesado buraco negro gira em torno de seu eixo".
Um sinal como nenhum antes
O GW190412 foi observado pelos detectores LIGO e Virgo em 12 de abril de 2019, no início da terceira execução de observação O3 dos detectores. Análises revelam que a fusão ocorreu a uma distância de 1,9 a 2,9 bilhões de anos-luz da Terra. O novo sistema de massa desigual é uma descoberta única, pois todos os binários observados anteriormente pelos detectores LIGO e Virgo consistiam em duas massas aproximadamente semelhantes.
Vídeo: https://youtu.be/5AkT4bPk-00
Massas desiguais se imprimem no sinal de onda gravitacional observado, que por sua vez permite que os cientistas medam com mais precisão certas propriedades astrofísicas do sistema. A presença de harmônicos mais altos torna possível quebrar uma ambiguidade entre a distância do sistema e o ângulo que olhamos para o seu plano orbital; portanto, essas propriedades podem ser medidas com maior precisão do que em sistemas de massa igual sem harmônicos mais altos.
"Durante O1 e O2, observamos a ponta do iceberg da população binária composta por buracos negros de massa estelar", diz Alessandra Buonanno, diretora da divisão "Relatividade astrofísica e cosmológica" da AEI em Potsdam e professor do College Park na Universidade de Maryland. "Graças à sensibilidade aprimorada, o GW190412 começou a nos revelar uma população submersa mais diversificada, caracterizada por assimetria de massa de até 4 e buracos negros girando cerca de 40% do possível valor máximo permitido pela relatividade geral", acrescenta ela.
Os pesquisadores da AEI contribuíram para detectar e analisar o GW190412. Eles forneceram modelos precisos das ondas gravitacionais dos buracos negros coalescentes que incluíram, pela primeira vez, a precessão dos giros dos buracos negros e momentos multipolares além do quadrupolo dominante. Esses recursos impressos na forma de onda foram cruciais para extrair informações exclusivas sobre as propriedades da fonte e realizar testes de relatividade geral. Os clusters de computadores de alto desempenho "Minerva" e "Hypatia" na AEI Potsdam e "Holodeck" na AEI Hannover contribuíram significativamente para a análise do sinal.
Testando a teoria de Einstein
Os cientistas do LIGO / Virgo também usaram o GW190412 para procurar desvios dos sinais do que a teoria geral da relatividade de Einstein prevê. Embora o sinal tenha propriedades diferentes de todas as outras encontradas até agora, os pesquisadores não conseguiram encontrar uma saída significativa das previsões relativísticas gerais.
Uma rede internacional aprimorada de detectores usando luz compactada
Essa descoberta é a segunda relatada na terceira execução de observação (O3) da rede internacional de detectores de ondas gravitacionais. Os cientistas dos três grandes detectores fizeram várias atualizações tecnológicas nos instrumentos.
"Durante o O3, a luz compactada foi usada para aumentar a sensibilidade do LIGO e do Virgo. Essa técnica de ajustar cuidadosamente as propriedades da mecânica quântica da luz do laser foi pioneira no detector alemão-britânico GEO600", explica Karsten Danzmann, diretor da AEI Hannover e diretor do Instituto de Física Gravitacional da Universidade Leibniz Hannover. "A AEI está liderando os esforços mundiais para maximizar o grau de compressão, o que já aumentou a sensibilidade do detector GEO600 em um fator de dois. Nossos avanços nessa tecnologia beneficiarão todos os futuros detectores de ondas gravitacionais."
Dois concluídos, 54 na lista de tarefas
A rede de detectores emitiu alertas para 56 possíveis eventos de ondas gravitacionais (candidatos) no O3 (1 de abril de 2019 a 27 de março de 2020 com uma interrupção para atualizações e comissionamento em outubro de 2019). Destes 56, um outro sinal confirmado, GW190425, já foi publicado. Os cientistas do LIGO e Virgo estão examinando todos os 54 candidatos restantes e publicarão todos aqueles para os quais análises detalhadas de acompanhamento confirmam sua origem astrofísica.
A observação do GW190412 significa que sistemas similares provavelmente não são tão raros quanto o previsto por alguns modelos. Portanto, com observações adicionais de ondas gravitacionais e catálogos crescentes de eventos no futuro, mais desses sinais são esperados. Cada um deles poderia ajudar os astrônomos a entender melhor como os buracos negros e seus sistemas binários são formados e lançar uma nova luz sobre a física fundamental do espaço-tempo.
Explorar mais
Mais informações: GW190412: Observação de uma coalescência binária de buracos negros com massas assimétricas, arXiv: 2004.08342 [astro-ph.HE] https://arxiv.org/abs/2004.08342
Fornecido por Max Planck Society
Fonte: Phys News / por Max Planck Society / 21-04-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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