Em 1974, os astrônomos Bruce Balick e Robert L. Brown descobriram uma poderosa fonte de rádio no centro da Via Láctea. A fonte, Sagitário A*, foi posteriormente revelada como um buraco negro supermassivo (SMBH) com uma massa de mais de 4 milhões de sóis. Desde então, os astrônomos determinaram que os SMBHs residem no centro de todas as galáxias com regiões centrais altamente ativas, conhecidas como núcleos galácticos ativos (AGNs) ou “quasares”. Apesar de tudo o que aprendemos, a origem desses buracos negros massivos continua sendo um dos maiores mistérios da astronomia.
As teorias mais populares são que eles podem ter se formado quando o Universo ainda era muito jovem ou ter crescido ao longo do tempo consumindo a matéria ao redor deles (acreção) e por meio de fusões com outros buracos negros. Nos últimos anos, pesquisas mostraram que quando ocorrem fusões entre objetos tão massivos, Ondas Gravitacionais (GWs) são liberadas. Em um estudo recenteuma equipe internacional de astrofísicos propôs um novo método para detectar pares de SMBHs: analisar ondas gravitacionais geradas por binários de pequenos buracos negros estelares próximos.
O estudo foi liderado por Jakob Stegmann, pesquisador do Instituto Max Planck de Astrofísica (MPA) e o Instituto de Exploração da Gravidade na Universidade de Cardiff. Ele foi acompanhado por pesquisadores do Instituto Niels Bohr, o Centro de Astrofísica Teórica e Cosmologia na Universidade de Zurique (CTAC-UTZ) e no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). O estudo que descreve as descobertas da equipe, “Impressões de binários massivos de buracos negros em fontes vizinhas de ondas gravitacionais decihertz”, apareceu recentemente em Astronomia da Natureza.
Detectado pela primeira vez em 2015 por cientistas da Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO), Ondas Gravitacionais (GWs) são ondulações no espaço-tempo causadas pela fusão de objetos massivos como estrelas anãs brancas e buracos negros. Embora vários sinais envolvendo pares binários de buracos negros em fusão tenham sido detectados, nenhum evento GW envolvendo SMBHs foi detectado porque os detectores atuais baseados na Terra não são sensíveis à frequência muito baixa que esses eventos emitem. Assim como os problemas enfrentados pelos observatórios terrestres, os cientistas esperam remediar a situação desenvolvendo instrumentos baseados no espaço.
Isso inclui a proposta Antena espacial de interferômetro laser (LISA), uma missão liderada pela ESA que deve ser lançada em algum momento em 2035. Infelizmente, detectar fusões entre os maiores buracos negros do Universo ainda será impossível. No entanto, Stegmann e seus colegas propõem que SMBHs binários podem ser detectados analisando as ondas gravitacionais geradas por binários de buracos negros menores. O método proposto aproveita as mudanças sutis que os SMBHs causam nas GWs emitidas por um par de buracos negros menores próximos.
Nesse sentido, binários de pequenos buracos negros funcionam como um farol, revelando a existência de pares maiores de buracos negros em fusão. Como Stegmann explicou em um recente press release da UHZ:
“Nossa ideia funciona basicamente como ouvir um canal de rádio. Propomos usar o sinal de pares de pequenos buracos negros de forma semelhante à forma como as ondas de rádio transportam o sinal. Os buracos negros supermassivos são a música que é codificada na modulação de frequência (FM) do sinal detectado. O aspecto inovador dessa ideia é utilizar altas frequências que são fáceis de detectar para sondar frequências mais baixas às quais ainda não somos sensíveis.”
No entanto, a evidência que este método proposto oferece seria indireta, vinda do ruído de fundo gerado coletivamente por muitos binários distantes. Além disso, ele exigirá um detector de ondas gravitacionais deci-Hz, que é muito mais sensível do que os instrumentos atuais. Para comparação, o detector LIGO mede GWs na faixa de 7,0 kHz a 30 Hz, enquanto o Observatório de Virgem pode detectar ondas no 1Faixa de 0 Hz a 10000 Hz. Ao detectar as pequenas modulações em sinais de pequenos binários de buracos negros, os cientistas puderam identificar SMBHs em fusão variando de 10 a 100 milhões de massas solares, mesmo a grandes distâncias.
Como Lucio Mayer, teórico de buracos negros da Universidade de Zurique e coautor do estudo, acrescentou:
“Como o caminho para a Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA) está agora definido, após a adoção pela ESA em janeiro passado, a comunidade precisa avaliar a melhor estratégia para a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais, em particular qual faixa de frequência eles devem atingir – estudos como este trazem uma forte motivação para priorizar um projeto de detector deci-Hz.”
Leitura adicional: UZH, Astronomia da Natureza
