Em uma nova pesquisa, os cientistas descobriram que algumas colisões de buracos negros podem acontecer em aglomerados estelares densamente preenchidos. Essa descoberta pode dar pistas sobre como eram os sistemas binários de buracos negros antes da fusão e quais são os fatores que podem desencadear tais eventos.

Nessa nova pesquisa, os cientistas investigaram as formas orbitais dos sistemas binários dos buracos negros antes que eles entrassem em espiral e se fundissem. A colaboração LIGO-Virgo-KAGRA – um grupo de interferômetros a laser localizados nos EUA, Itália e Japão, respectivamente – detectaram que os buracos negros tinham órbitas altamente achatadas ou elípticas.

Essas órbitas achatadas eram semelhantes às de cometas de longo período, como o cometa Halley. Isso indica que a fusão de buracos negros que liberou as ondas gravitacionais poderia ter ocorrido em aglomerados estelares densos. Além disso, a colaboração LIGO-Virgo-KAGRA observou que 35% das 85 fusões de buracos negros, detectadas desde 2015, aconteceram em aglomerados estelares.

Em um comunicado, o físico e líder do estudo, Isobel Romero-Shaw, disse que “quando um sistema binário evolui, eles são como um casal realizando uma valsa lenta sozinho no salão de baile”. Segundo o físico, o processo “é muito controlado e cuidadoso; lindo, mas nada inesperado”.

Entretanto, no caso daquelas estruturas em aglomerados densos, a história é diferente. “Você pode ter muitas danças diferentes acontecendo simultaneamente; grandes e pequenos grupos de dança, freestyle e muitas surpresas!”, disse Romero-Shaw.

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Imagem: Ilustração de uma horda de buracos negros localizados em um aglomerado estelar. Créditos: ESA/Hubble/N. Bartmann

Os buracos negros se formam quando estrelas massivas ficam sem combustível para alimentar a fusão nuclear. Essa situação gera um desequilíbrio e faz com que os núcleos das estrelas sofram um colapso gravitacional. Neste caso, o material externo é violentamente ejetado, o que desencadeia uma explosão de supernova, e libera energia suficiente para afastar qualquer material ao redor do buraco negro recém-formado.

Os tipos de fusão entre buracos negros

Dois buracos negros próximos o suficiente para se juntarem é uma situação bem peculiar e difícil de acontecer, principalmente em um Universo mais de 13 bilhões de anos. Uma maneira dessa situação ocorrer é caso eles se formem em áreas altamente povoadas do Espaço, como os corações de aglomerados estelares densos.

No cenário de “segregação de massa”, os objetos mais massivos em um aglomerado afundariam no coração de um aglomerado, o que faria os buracos negros de todas as áreas se movessem em direção ao seu meio; como os buracos negros não emitem luz, esses aglomerados têm núcleos invisíveis, densos e escuros.

Caso a fusão acontecesse por meio de “interações dinâmicas”, as duas estruturas precisariam orbitar próximas uma da outras, a uma grande distância em um aglomerado de estrelas. Com a influência de outros objetos no mesmo aglomerado, a energia orbital seria removida do sistema binário e faria com que as estruturas se aproximassem em espiral.

Os estudos conduzidos por Romero-Shaw e sua equipe podem ser capazes de distinguir entre esses mecanismos de fusão quando os detectores de ondas gravitacionais da colaboração LIGO-Virgo-KAGRA começarem sua terceira operação já em 2023.