Terceira Detecção da Colisão de Buracos Negros pelo LIGO

Os cientistas do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), em Hanford e Livingston, anunciaram a detecção de ondas gravitacionais provenientes de mais uma colisão de dois buracos negros num sistema binário.

A descoberta aconteceu no dia 4 de Janeiro de 2017, durante a segunda temporada de observações do projecto.

Representação artística dos últimos instantes do sistema binário de buracos negros que deu origem ao GW170104.
Crédito: LIGO.

Durante a primeira temporada de observações, e após 5 longos anos de inactividade em que várias intervenções aumentaram consideravelmente a sua sensibilidade, os observatórios detectaram dois eventos, o GW150914, em 14 de Setembro de 2015, e o GW151226, em 26 de Dezembro de 2015. Foi a primeira detecção directa de ondas gravitacionais desde que a sua existência foi postulada, há exactamente 100 anos, por Albert Einstein. Um outro possível sinal, observado em 12 de Outubro de 2015, não atingiu a significância estatística necessária para ser considerado uma detecção.

As descobertas da primeira temporada de observações do LIGO.
Crédito: LIGO.

Após esta primeira temporada, os observatórios foram de novo desligados durante vários meses para operações de manutenção e para receberem melhoramentos. A segunda temporada de observações teve início em 30 de Novembro de 2016 e continua a decorrer.

No dia 4 de Janeiro de 2017, a equipa detectou um sinal prometedor. Uma análise subsequente dos dados recolhidos pelos observatórios de Hanford e Livingston permitiu determinar que o evento resultou da passagem pela Terra de ondas gravitacionais emitidas nas últimas órbitas de buracos negros num sistema binário e durante a colisão que se seguiu. O sistema era composto por buracos negros com 31 e 19 massas solares, respectivamente, e a colisão resultou na formação de um buraco negro com 49 massas solares. A diferença de massa foi libertada sob a forma de ondas gravitacionais!

O sinal do GW170104 observado em Hanford (curva laranja) e Livingston (curva azul) comparada com o previsto por um modelo teórico para a colisão de dois buracos negros com 31 e 19 massas solares (curva negra).
Crédito: LIGO.

Este valor é intermédio relativamente às primeiras duas detecções — 62 massas solares para o GW150914 e 21 massas solares para o GW151226 — e mostra que sistemas binários formados por buracos negros com massas elevadas como o que originou o GW150914 devem ser vulgares. O processo que leva à formação de tais sistemas binários é um problema em aberto e estas observações do LIGO podem fornecer pistas cruciais para uma solução.

O mapa de massas dos buracos negros descobertos por meios convencionais (púrpura) e pelo LIGO (azul). A figura sugere que existem duas populações de buracos negros com massas bastante distintas. Essa possibilidade acaba de ser reforçada pela descoberta do GW170104.
Crédito: LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet).

Outra informação interessante que pode ser inferida do sinal é o facto de que pelo menos um dos buracos negros tinha uma rotação de sentido contrário ao seu movimento orbital. Esta pode ser uma pista importante relativamente ao processo de formação do sistema binário.

Esta parece ser a detecção mais longínqua realizada com o LIGO. De facto, os cientistas do projecto estimam que a colisão que deu origem ao GW170104 ocorreu a uma distância de 3 mil milhões de anos-luz, cerca de 2 vezes mais distante do que qualquer uma das primeiras detecções.

O LIGO anunciou que foram detectados vários prováveis sinais de colisões durante a temporada actual que estão ainda a ser analisados. É bem possível que em breve teremos o anúncio de mais detecções e uma clarificação progressiva do espectro de massas desta população de buracos negros.

Referências: Comunicado de imprensa do Caltech, comunicado de imprensa do MIT, artigo na Physical Review Letters.