Físicos estão à beira de resolver um problema de buraco negro que Einstein não conseguiu

Físicos estão à beira de resolver um problema de buraco negro que Einstein não conseguiu

12 de junho de 2022 0 Por Jonas Estefanski
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A estrutura de um buraco negro é simples e silenciosa. Tudo o que você precisa saber é sua massa, carga elétrica e rotação, e você sabe qual deve ser a estrutura do espaço e do tempo ao redor do buraco negro. Mas se você tem dois buracos negros orbitando um ao outro, as coisas ficam complicadas.

 Ao contrário de um único buraco negro, para o qual existe uma solução exata para as equações de Einstein, não há solução exata para dois buracos negros. É semelhante ao problema de três corpos na gravidade newtoniana. Mas isso não significa que os astrônomos não possam descobrir as coisas, como mostram alguns estudos recentes .

 Embora as equações de Einstein não tenham uma solução exata para um sistema binário de buracos negros, existem aspectos dos buracos negros binários que as equações predizem. Uma delas é conhecida como ressonância spin-órbita. Quando um buraco negro gira, a estrutura do espaço ao seu redor é torcida na direção da rotação, conhecida como arraste de quadro.

Quando dois buracos negros orbitam um ao outro de perto, o arrasto do quadro de cada buraco negro afeta a rotação do outro. Como resultado, os dois buracos negros tenderão a entrar em ressonância, onde as rotações se alinham da mesma maneira (paralelas) ou opostas (antiparalelas). Se a ressonância spin-órbita for real, então os pares binários devem tender a ter uma dessas orientações.

 Um estudo recente sugere que isso é verdade. Nele, a equipe analisou dados de ondas gravitacionais de fusões conhecidas de buracos negros e descobriu que suas rotações tendem a ser paralelas ou antiparalelas. Dado o pequeno tamanho da amostra e o fato de que as rotações binárias dos buracos negros nunca estão exatamente alinhadas, não há dados suficientes para confirmar o efeito, mas os dados que temos apontam nessa direção.

 Um dos desafios para medir a rotação do buraco negro é que o sinal é bastante fraco. As ondas gravitacionais que medimos de fusões distantes de buracos negros são tão fracas que é fácil se perder no ruído. Observatórios como LIGO e Virgo precisam fazer medições extremamente sensíveis, e seus dados devem ser filtrados por meio de modelos computacionais. É a combinação de processamento de dados e simulação computacional que torna as fusões detectáveis. Adicionar spin à mistura torna as coisas ainda mais difíceis.

Mas em um segundo artigo, a equipe analisou como poderíamos obter melhores resultados. Eles descobriram que o sinal para ressonância de spin é mais forte quando eles estão quase prontos para se fundir. Isso faz sentido, pois é quando eles estão mais próximos e quando o arrasto de quadros é mais forte. Mas atualmente, as informações de rotação para buracos negros binários são encontradas observando as ondas gravitacionais enquanto eles ainda estão orbitando um ao outro. A equipe mostrou como os modelos podem analisar o sinal de quase fusão, obtendo resultados muito melhores. Ao aplicar este novo método a fusões de buracos negros, eles devem ser capazes de confirmar a ressonância spin-órbita em um futuro próximo.

 A astronomia de ondas gravitacionais ainda é um campo novo, e ainda estamos aprendendo como capturar e analisar os dados. Como esses novos estudos mostram, as ondas gravitacionais contêm uma grande quantidade de informações e, com um pouco de escavação, há muito mais que podemos descobrir.

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