Uma equipa internacional de astrónomos, que inclui investigadores australianos do Centro de Excelência ARC para a Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav), da Universidade Nacional Australiana (ANU), detetou duas fusões de buracos negros extraordinárias — GW241011 e GW241110 — utilizando os observatórios LIGO, Virgo e KAGRA.
Estas descobertas oferecem novas pistas sobre a formação e evolução dos buracos negros e permitem testar a teoria da relatividade geral de Einstein, uma vez que ambos os eventos envolvem buracos negros de massas desiguais e rotação extremamente rápida, possivelmente resultantes de fusões anteriores.
As duas deteções ocorreram no final de 2024, com apenas um mês de diferença, durante a fase de observação O4b da rede mundial de detetores. Cada evento foi provocado pela colisão violenta de dois buracos negros, criando um objeto ainda mais massivo e emitindo ondulações no espaço-tempo que viajaram centenas de milhões, ou até milhares de milhões, de anos até chegarem à Terra.
Ambos os sistemas envolveram buracos negros com massas desiguais e rotações muito rápidas — uma combinação invulgar que oferece uma janela sobre os processos que moldam a sua origem e evolução, além de permitir explorar nova física. Com base nestes sinais, os investigadores da ANU e do OzGrav estudaram a hipótese de que a rotação dos buracos negros pudesse revelar pistas sobre partículas ainda desconhecidas.
A doutoranda Aswathi Pampurayath Subhash, da ANU, liderou a análise centrada nos bosões ultraleves — partículas hipotéticas que poderão constituir a matéria escura. Algumas teorias sugerem que estas partículas drenam gradualmente energia rotacional dos buracos negros.
No entanto, como os buracos negros observados mantinham rotações rápidas no momento da fusão, os cientistas conseguiram eliminar uma vasta gama de massas possíveis para esses bosões, restringindo assim as teorias sobre a matéria escura.
“Buracos negros de rotação rápida, como os observados em GW241011 e GW241110, são mais do que curiosidades astrofísicas — são ferramentas para testar a existência de novas partículas”, explica Subhash.
“O facto de manterem uma rotação elevada ao longo da sua vida permite-nos excluir uma grande variedade de massas possíveis para bosões ultraleves, estabelecendo novos limites para a matéria escura e para teorias que vão além do Modelo Padrão”, acrescenta.
Os dados revelam também detalhes sobre o crescimento e a evolução dos buracos negros. Ambas as fusões envolveram um buraco negro com o dobro da massa do outro, e em ambos os casos as rotações estavam inclinadas em relação ao plano orbital — uma característica que sugere que estes sistemas não se formaram a partir de estrelas binárias, mas sim por fusões hierárquicas sucessivas em aglomerados estelares densos.
“Estas duas fusões dão-nos uma visão notável de como os buracos negros crescem e evoluem”, afirma Ling (Lilli) Sun, investigadora principal do OzGrav e professora na ANU.
“As suas rotações rápidas e massas desiguais indicam que podem ser buracos negros de segunda geração — produtos de fusões anteriores em ambientes estelares densos. Cada deteção acrescenta uma nova peça ao enigma de como se formam os objetos mais extremos do Universo”, acrescenta.
As descobertas demonstram a extraordinária sensibilidade dos observatórios LIGO, Virgo e KAGRA, que continuam a desvendar os segredos ocultos do cosmos.
“Cada nova deteção não só aprofunda o nosso entendimento sobre a formação de buracos negros, como transforma estas colisões cósmicas em verdadeiros laboratórios de física fundamental”, conclui o Professor Eric Thrane, investigador principal do OzGrav, da Universidade Monash.
Juntas, as deteções GW241011 e GW241110 marcam mais um avanço da astronomia de ondas gravitacionais, revelando as vidas ocultas dos buracos negros em fusão e aproximando-nos da compreensão das leis fundamentais que regem o Universo.
