Cientistas registram ‘baixos zumbidos’ vindos de buracos negros

As teorias científicas em torno dos sinais de fundo das ondas gravitacionais podem fornecer pistas sobre os primeiros dias do universo. Uma equipe internacional de astrônomos descobriu um leve zumbido que permeia o universo e fornecerá pistas sobre buracos negros supermassivos, galáxias em colisão e possivelmente o Big Bang.

O Observatório Norte-Americano de Nanohertz para Ondas Gravitacionais (NANOGrav) publicou um estudo apresentando evidências do ruído de fundo de ondas gravitacionais (GWB) há muito teorizado, mas nunca comprovado, um tipo de sinal que eles acreditam que emana de buracos negros supermassivos e galáxias em colisão e pode conter vestígios das ondulações gravitacionais causadas pelo Big Bang.

Quatro dos seis artigos do estudo foram publicados no Astrophysical Journal Letters, os dois restantes foram aceitos para publicação em uma data posterior. A descoberta foi feita pela primeira vez em 2021, mas o ponto culminante de seu trabalho só agora está sendo publicado. Embora o GWB tenha sido teorizado antes, nenhuma evidência direta foi encontrada até então.

As próprias ondas gravitacionais também são tecnicamente uma descoberta recente. Embora tenham sido descritos pela primeira vez na Teoria da Relatividade Geral de Einstein em 1915, eles não haviam sido detectados até 2015.

Enquanto cada pedaço de matéria no universo emite ondas gravitacionais – a maioria delas é indetectável – os cientistas só podem esperar observar os efeitos de alguns dos maiores corpos do universo.

Isso finalmente aconteceu quando o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) os detectou pela primeira vez em 2015. O LIGO dispara lasers por tubos perpendiculares de três milhas de comprimento, na esperança de que uma onda gravitacional passe por eles, causando um laser encolher ligeiramente enquanto o outro cresce.

Iniciado em 1994 e concluído em 1997, o LIGO custou US$ 395 milhões para ser construído e não detectou nenhuma onda nos primeiros 10 anos de sua existência. Ele foi desligado temporariamente para uma atualização e renovação de US$ 200 milhões antes de finalmente detectar uma onda gravitacional que os cientistas acreditam ter vindo de dois buracos negros, cerca de 30 vezes o tamanho do sol cada, colidindo a cerca de 1,3 bilhão de anos-luz da Terra.

Mas o LIGO não é capaz de detectar o GWB criado por buracos negros supermassivos, que variam de 100.000 a seis bilhões de vezes o tamanho do sol. Então, em vez disso, os cientistas do NANOGrav olharam para as estrelas, ou mais especificamente para os pulsares.

Os pulsares são estrelas mortas, também conhecidas como estrelas de nêutrons, que são altamente magnéticas e giram cerca de 700 vezes por segundo. Sua rotação é incrivelmente consistente e parece tremular quando observada da Terra. Às vezes, eles são comparados a faróis ou relógios por causa de sua consistência.

Os astrônomos do NANOGrav observaram pulsares por 15 anos em diferentes observatórios na Virgínia Ocidental, Porto Rico, Novo México e Canadá, esperando por pequenas variações que indicassem uma onda gravitacional de um buraco negro supermassivo.

Eles foram capazes de distinguir o sinal de outras ondas gravitacionais por causa do padrão que passou pelo pulsar. As GWBs são únicas em relação a outras ondas gravitacionais porque chegam tão próximas que se sobrepõem. Os pesquisadores o descrevem comparando-o a ouvir uma multidão de pessoas falando ao mesmo tempo. A princípio, soa como um zumbido baixo e consistente, até que você se concentre e consiga captar conversas específicas.

O mesmo aconteceu com os GWBs, uma vez que os astrônomos foram capazes de detectar as menores variações. Funcionários dizem que podem prever os pulsos dos pulsares até 1 microssegundo, o equivalente a medir a distância da Lua em um milésimo de milímetro.

“Estamos extraordinariamente empolgados em ver esse padrão aparecer finalmente”, disse Stephen Taylor, astrofísico de ondas gravitacionais da Vanderbilt University, que co-liderou a pesquisa.

Embora os cientistas não tenham certeza sobre a origem do GWB, ele refletiu as teorias sobre os tipos de ondas gravitacionais que se acredita serem criadas por buracos negros supermassivos.

Os cientistas também dizem que a taxa das ondas está aumentando, sugerindo que pode haver centenas ou até milhares de buracos negros supermassivos que ainda não foram descobertos. Os sinais podem nos ajudar a descobrir onde alguns desses objetos estão e como eles funcionam, além de fornecer aos cientistas pistas sobre a formação de galáxias e até mesmo do universo.

Anteriormente, os cientistas temiam que os buracos negros supermassivos nunca colidissem e apenas continuamente orbitassem um ao outro; isso foi chamado de “problema parsec final” na comunidade astrofísica.

“Para obter esses tipos de altas amplitudes que estamos vendo, precisamos de buracos negros razoavelmente massivos, e eles precisam formar binários [também conhecidos como buracos negros supermassivos] com bastante frequência e evoluir com bastante eficiência”, afirmou Luke Zoltan Kelley, professor assistente da Universidade da Califórnia.

Ele acrescenta que se for confirmado que as ondas vieram de um buraco negro supermassivo, “então elas absolutamente devem ter passado o parsec final de uma forma ou de outra”.