Cientistas confirmaram duas teorias de longa data relacionadas a buracos negros, graças à detecção do sinal de onda gravitacional mais claramente registrado até hoje.
Dez anos após detectar a primeira onda gravitacional, a colaboração LIGO-Virgo-KAGRA anunciou (10 de setembro) a detecção de GW250114 — uma ondulação no espaço-tempo que oferece insights sem precedentes sobre a natureza dos buracos negros e as leis fundamentais da física.
O estudo confirma a previsão do Professor Stephen Hawking de 1971 de que, quando dois buracos negros colidem e se fundem, a área total do horizonte de eventos do buraco negro resultante é maior do que a soma das áreas dos horizontes de eventos dos buracos negros originais— ela não pode encolher.
Pesquisas também confirmaram a natureza de Kerr dos buracos negros — um conjunto de equações desenvolvido em 1963 pelo matemático neozelandês Roy Kerr que explica com elegância a aparência do espaço e do tempo perto de um buraco negro em rotação, que se diferencia do buraco negro de Schwarzschild (não rotativo) principalmente pelo seu momento angular. A métrica de Kerr prevê efeitos como o espaço sendo "arrastado" e a luz se formando em loops para criar múltiplas cópias dos objetos.
Ao publicar suas descobertas na Physical Review Letters , o grupo internacional de pesquisadores — incluindo especialistas da Universidade de Birmingham — observou que GW250114 foi detectado com uma relação sinal-ruído de 80. Essa clareza permitiu testes precisos de relatividade geral e termodinâmica de buracos negros.
Geraint Pratten, membro da Royal Society University Fellow na Universidade de Birmingham e membro da equipe de redação do artigo LVK, comentou: "GW250114 é o evento de onda gravitacional mais alto que detectamos até hoje, foi como um sussurro se tornando um grito.
"Isso nos deu uma oportunidade sem precedentes de submeter as teorias de Einstein a alguns dos testes mais rigorosos possíveis, validando uma das previsões pioneiras de Stephen Hawking de que, quando buracos negros se fundem, a área combinada de seus horizontes de eventos só pode crescer, nunca diminuir."
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| Painel esquerdo: Frequência e tempo de decaimento (meia-vida) dos diferentes tons de anel medidos em GW250114. Os marcadores pretos indicam os valores previstos para um buraco negro de Kerr. Painel direito: sinal de onda gravitacional (espiral inferior) emitido pelo buraco negro remanescente (esfera inferior) nos diferentes tons, para uma simulação numérica que corresponde aos parâmetros medidos em GW250114. Créditos: Dr. Keefe Mitman (Universidade Cornell), Prof. Harald Pfeiffer (Instituto Albert Einstein, Potsdam). |
O GW250114 foi detectado pelos detectores gêmeos do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO), nos EUA. O LIGO opera em coordenação com dois parceiros internacionais, o detector de ondas gravitacionais Virgo, na Itália, e o KAGRA, no Japão, formando uma rede de busca por ondas gravitacionais, conhecida como LVK (LIGO, Virgo, KAGRA).
A equipe do LVK, que inclui membros da Universidade de Birmingham, conseguiu estabelecer que GW250114 foi gerado pela colisão de dois buracos negros com massas de cerca de 32 vezes a do nosso Sol.
O LIGO detecta uma onda gravitacional passando pela Terra a cada poucos dias, mas o GW250114 revelou-se especial. Os dados mostram que os buracos negros originais tinham uma área de superfície total aproximadamente do tamanho do Reino Unido (240.000 quilômetros quadrados), enquanto a área final era de cerca de 400.000 quilômetros quadrados (aproximadamente o tamanho da Suécia).
Na década de 1970, Hawking e o físico Jacob Bekenstein concluíram que a área do buraco negro é proporcional à sua entropia, ou grau de desordem, abrindo caminho para trabalhos inovadores posteriores no campo da gravidade quântica, que tentam unir dois pilares da física moderna: a relatividade geral e a física quântica.
Após os buracos negros se fundirem, durante o que os físicos chamam de fase de anel, o buraco negro final vibra, emitindo ondas gravitacionais em frequências específicas, como sons característicos que um sino faria quando tocado, as "vozes" do buraco negro.
A solução de Roy Kerr prevê que um buraco negro e suas "vozes" quando perturbadas são descritos exclusivamente por apenas dois números: a massa e o spin. As implicações desse resultado inovador distinguem os buracos negros de quaisquer outros objetos celestes: uma estrela só pode ser descrita por um conjunto muito amplo de propriedades complexas, enquanto mesmo buracos negros com massa superior a um milhão de vezes a do Sol são surpreendentemente descritos apenas por dois números simples: massa e spin.
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| Infográfico mostrando os avanços dos observatórios de ondas gravitacionais — entre as máquinas de medição mais precisas já construídas pela humanidade — na observação de colisões cósmicas de buracos negros, com os sinais registrados mostrados no painel inferior. Esses eventos estão inseridos em uma infinidade de objetos celestes, que telescópios modernos também observam com precisão cada vez maior, produzindo as belas imagens exibidas no painel superior. Crédito: Dr. Derek Davis (Caltech, Laboratório LIGO). |
Gregorio Carullo, professor assistente na Universidade de Birmingham e coordenador de uma das equipes de análise do LVK, comentou: "Dada a clareza do sinal produzido por GW250114, pela primeira vez pudemos identificar dois 'tons' das vozes dos buracos negros e confirmar que eles se comportam de acordo com a previsão de Kerr, obtendo evidências sólidas sem precedentes da natureza de Kerr dos buracos negros encontrados na natureza."
Os resultados foram divulgados quase exatamente dez anos após a primeira observação histórica de ondas gravitacionais. Em 14 de setembro de 2015, um sinal chegou à Terra, trazendo informações sobre um par de buracos negros remotos que haviam espiralado e se fundido.
Fonte: PHYS.ORG
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