Um buraco negro e uma estrela de nêutrons colidiram em uma estranha órbita oval

A pesquisa foi realizada por cientistas da Universidade de Birmingham, da Universidade Autônoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional. Suas descobertas foram publicadas em 11 de março em As cartas do jornal astrofísico.

Órbita oval incomum detectada na fusão entre buraco negro e estrela de nêutrons

Os astrônomos geralmente esperam que pares de estrelas de nêutrons e buracos negros se estabeleçam em órbitas circulares muito antes de se fundirem. No entanto, uma nova análise do evento de onda gravitacional GW200105 revelou que este sistema ainda viajava numa trajetória oval pouco antes de os dois objetos se combinarem. A fusão acabou produzindo um buraco negro com cerca de 13 vezes a massa do Sol. A detecção de uma órbita oval neste tipo de evento não foi relatada antes.

A Dra. Patricia Schmidt, da Universidade de Birmingham, explicou: “Esta descoberta dá-nos novas pistas vitais sobre como estes objetos extremos se unem. Diz-nos que os nossos modelos teóricos estão incompletos e levanta novas questões sobre onde no Universo tais sistemas nascem.”

Dados de ondas gravitacionais revelam formato orbital

Para investigar o evento, a equipe estudou dados dos detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo usando um novo modelo desenvolvido no Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da Universidade de Birmingham. Esta abordagem permitiu aos pesquisadores medir o quão esticada era a órbita (excentricidade) e determinar se o sistema apresentava oscilações relacionadas ao spin (precessão). É a primeira vez que os cientistas medem ambos os efeitos juntos num evento de estrela de neutrões-buraco negro.

Geraint Pratten, pesquisador da Royal Society University da Universidade de Birmingham, disse: “A órbita denuncia o jogo. Sua forma elíptica pouco antes da fusão mostra que este sistema não evoluiu silenciosamente de forma isolada, mas foi quase certamente moldado por interações gravitacionais com outras estrelas, ou talvez uma terceira companheira.”

Novas análises desafiam suposições anteriores

A equipe realizou uma análise Bayesiana que comparou milhares de modelos teóricos com o sinal real da onda gravitacional. Os seus resultados mostram que uma órbita circular é extremamente improvável, descartando-a com 99,5% de confiança.

Estudos anteriores do GW200105 presumiram que a órbita era circular. Por causa dessa suposição, subestimaram a massa do buraco negro e superestimaram a massa da estrela de nêutrons. A nova análise corrige essas medições e não encontra nenhuma evidência forte de precessão, sugerindo que a órbita oval provavelmente se originou durante a formação do sistema, em vez de ser causada por efeitos de rotação.

Gonzalo Morras da Universidade Autónoma de Madrid e do Instituto Max Planck de Física Gravitacional disse: “Esta é uma prova convincente de que nem todos os pares estrela de neutrões-buraco negro partilham a mesma origem. A órbita excêntrica sugere um local de nascimento num ambiente onde muitas estrelas interagem gravitacionalmente.”

Um quadro mais complexo de fusões cósmicas

As descobertas desafiam a ideia amplamente difundida de que todas as fusões entre estrelas de nêutrons e buracos negros se desenvolvem através de uma única via de formação dominante. Em vez disso, a investigação sugere que podem existir múltiplos cenários de formação, alguns moldados por ambientes estelares lotados onde as interações gravitacionais são comuns.

O estudo também ajuda a explicar a crescente variedade de fusões binárias compactas observadas através de ondas gravitacionais. À medida que os detectores continuam a identificar mais eventos, os astrónomos esperam descobrir sistemas adicionais invulgares que revelem novas rotas pelas quais estas poderosas colisões cósmicas ocorrem.