Centenas de novas detecções de ondas gravitacionais revelam população inédita de buracos negros.
- 27 de mai.
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"Há apenas dez anos fizemos a primeira detecção de ondas gravitacionais provenientes de um desses eventos, e é um verdadeiro testemunho do trabalho de centenas de cientistas ao redor do mundo que agora estejamos detectando e analisando centenas deles."
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Editado por Lisa Lock, revisado por Robert Egan
Traduzido e adaptado por Marco Centurion
Pesquisadores do Instituto de Pesquisa Gravitacional da Universidade de Glasgow estão celebrando a publicação de um vasto novo tesouro de detecções de ondas gravitacionais, considerado como um marco que representa a chegada da maturidade da astronomia gravitacional.
O Catálogo Transitório de Ondas Gravitacionais 5.0, ou GWTC-5, foi disponibilizado online, com artigos científicos correspondentes submetidos ao Astrophysical Journal e ao Astrophysical Journal Letters.
Esta atualização mais recente detalha um total de 161 novos sinais provenientes de colisões de buracos negros detectados entre abril de 2024 e o fim de janeiro de 2025 pelos detectores de ondas gravitacionais LIGO, nos Estados Unidos, Virgo, na Itália, e KAGRA, no Japão, conhecidos coletivamente como colaboração LVK. A publicação eleva o número total de sinais de ondas gravitacionais detectados até hoje para 390.
As descobertas mais significativas detalhadas nesta coleção incluem evidências da existência de buracos negros de segunda geração, a localização celeste mais precisa já alcançada para uma fonte de ondas gravitacionais e a primeira medição de três modos vibracionais de um buraco negro.
Astrofísicos da Universidade de Glasgow desempenham papéis fundamentais na pesquisa e busca de ondas gravitacionais desde a década de 1970. Eles lideraram o desenvolvimento das delicadas suspensões de espelhos no coração dos detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF LIGO), tornando as detecções possíveis.
Desde a histórica primeira detecção direta, em setembro de 2015, eles trabalham em estreita colaboração com colegas da colaboração internacional LVK para melhorar o desempenho dos detectores e a análise dos dados das detecções, que estão se tornando mais frequentes à medida que os detectores ficam mais sensíveis.
Durante os períodos de observação, os detectores da colaboração captaram entre três e quatro sinais por semana, com detecções ainda mais frequentes esperadas nas futuras campanhas de observação.
A colaboração alterna períodos de coleta de dados, chamados de campanhas de observação, com fases dedicadas a atualizações e comissionamento dos detectores. É também por isso que o catálogo de eventos de ondas gravitacionais, incluindo dados validados e os parâmetros físicos das fontes, é atualizado e compartilhado com a comunidade científica mais ampla aproximadamente a cada seis meses.
O Dr. Daniel Williams, pesquisador do Instituto de Pesquisa Gravitacional, é co-presidente do Grupo de Trabalho de Ciência de Binárias Compactas da LSC. Ele afirmou:
“Esta atualização gigantesca mais uma vez ampliou e aprofundou nosso conhecimento do universo e nos proporcionou muito mais vislumbres de seus objetos mais elusivos: buracos negros em rota de colisão.”
Sinais mais nítidos e clareza histórica
“Há apenas dez anos fizemos a primeira detecção de ondas gravitacionais provenientes de um desses eventos, e é um verdadeiro testemunho do trabalho de centenas de cientistas ao redor do mundo que agora estejamos detectando e analisando centenas deles.”
Em Glasgow estivemos na linha de frente do desenvolvimento de novas tecnologias para tornar os detectores mais sensíveis, permitindo que vejamos mais desses sinais, com maior clareza e provenientes de colisões muito mais distantes do que poderíamos observar há uma década. Também lideramos o desenvolvimento de análises críticas que nos permitem extrair tantas informações de cada sinal: decodificando as propriedades de buracos negros colidindo a bilhões de anos-luz da Terra, tudo a partir de uma medição que desloca nossos detectores por apenas uma fração do tamanho de um núcleo atômico.
Além das novas perspectivas abertas por esse número extraordinário de observações, o novo catálogo também inclui várias detecções excepcionais que estabeleceram novos recordes na astronomia de ondas gravitacionais: a melhor localização celeste já alcançada para uma fonte de ondas gravitacionais, o sinal de onda gravitacional mais claro já registrado e evidências da existência de buracos negros de segunda geração.
Um sinal detectado pelos dois detectores LIGO nos Estados Unidos e pelo Virgo na Itália em 15 de junho de 2024, e que foi denominado GW240615, estabeleceu o recorde de localização celeste mais precisa entre todos os eventos de ondas gravitacionais observados até hoje. A fonte foi identificada dentro de uma área de apenas 6 graus quadrados, uma porção relativamente pequena da esfera celeste.
O evento de onda gravitacional observado com essa localização recorde foi a fusão de dois buracos negros, com massas de aproximadamente 26 e 30 massas solares, que colidiram violentamente a mais de 3 bilhões de anos-luz da Terra.
Usando ondas para medir a expansão
Alex Papadopoulos, pesquisador de pós-graduação do Instituto de Pesquisa Gravitacional, afirmou:
“O catálogo atualizado GWTC-5.0 nos fornece uma coleção muito maior de sinais de ondas gravitacionais para ajudar a responder uma das maiores questões da cosmologia: quão rápido o universo está se expandindo?”
ele ainda prossegue:
“A taxa dessa expansão é descrita por um valor chamado constante de Hubble. As ondas gravitacionais nos permitem medir isso ao estimar quão distantes estão os objetos em fusão, seja diretamente a partir do próprio sinal ou identificando a galáxia onde a fusão ocorreu.”
Uma das principais melhorias do GWTC-5.0 em comparação com catálogos anteriores é a inclusão das observações do detector Virgo, que retornou após não participar da campanha de observação anterior. Com esse detector adicional, podemos determinar a localização dos sinais de ondas gravitacionais no céu com muito mais precisão, facilitando a identificação da galáxia hospedeira de cada fusão. Nossa biblioteca ampliada de detecções também significou que pudemos utilizar 236 sinais, quase o dobro do número anterior, em nossas análises. Cada evento contribui com uma pequena quantidade de informação, então, juntos, esses sinais adicionais melhoram significativamente nossos resultados.
acrescenta Alex Papadopoulos.
“Em conjunto, essas melhorias nos ajudam a medir a constante de Hubble com mais precisão do que nunca usando ondas gravitacionais, aproximando-nos da compreensão de uma das questões em aberto mais importantes da física moderna.”
Em Glasgow, desenvolvemos e testamos um software que permite que essa análise seja executada mais de mil vezes mais rapidamente do que antes, mesmo com o crescente número de sinais de ondas gravitacionais no catálogo. Esse ganho de velocidade permitiu testar muitos mais cenários possíveis e verificar que nossos resultados fossem tão robustos e confiáveis quanto possível, com a coordenação desse esforço liderada por nosso Instituto de Pesquisa Gravitacional.
O sinal mais claro já registrado
Detectar ondas gravitacionais não significa apenas captar um sinal, mas extraí-lo do ruído que interfere nos detectores. Isso exige análises de dados altamente sofisticadas, motivo pelo qual a “força” ou “clareza” de um sinal é expressa pela razão sinal-ruído (SNR). O catálogo publicado hoje inclui o sinal de onda gravitacional mais “claro” já detectado, com uma razão sinal-ruído de 76,9.
Esse sinal, GW250114, alcançou a Terra em 14 de janeiro de 2025 e foi gerado pela fusão de dois buracos negros com massas quase idênticas (32 e 34 vezes a massa do Sol, respectivamente), ocorrida a mais de um bilhão de anos-luz da Terra. Sua “clareza” possibilitou alcançar alguns resultados científicos extraordinários, entre eles o teste mais preciso já realizado da relatividade geral e a confirmação do teorema da área dos buracos negros de Stephen Hawking.
O Dr. John Veitch, pesquisador da Universidade de Glasgow que analisa sinais de buracos negros, afirmou:
“Com a intensidade do GW250114, conseguimos comparar o espaço-tempo deformado antes e depois da fusão dos buracos negros e descobrimos que a área total dos horizontes de eventos (a superfície de ‘não retorno’) aumentou de acordo com as leis de Hawking para a mecânica dos buracos negros.”
“Após a fusão, o buraco negro resultante ressoa como um sino, emitindo ondas gravitacionais em vez de som. A análise dessas ondas confirmou que, embora energia seja liberada na forma de ondas gravitacionais durante a fusão, a entropia total dos buracos negros aumenta de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Isso mostra que, mesmo para buracos negros, as leis da termodinâmica ainda se aplicam, mas, ao contrário de objetos normais, quanto mais energia eles possuem, mais frios se tornam.”
Pistas sobre buracos negros de segunda geração
Em outubro e novembro de 2024, com apenas um mês de diferença, duas fusões adicionais muito especiais de buracos negros foram detectadas: GW241011 e GW241110, ocorridas a aproximadamente 700 milhões e 2,4 bilhões de anos-luz da Terra, respectivamente.
Certas características dessas fusões, em particular o spin dos buracos negros, ou seja, a orientação e velocidade de suas rotações, indicam que os objetos envolvidos podem ser buracos negros de “segunda geração”, significando buracos negros que são eles próprios o resultado de coalescências anteriores. Esses objetos provavelmente se formaram em ambientes cósmicos muito densos e povoados, como aglomerados estelares, onde os buracos negros têm maior probabilidade de colidir e se fundir repetidamente.
O crescente número de eventos observados também permitiu aos pesquisadores estudar e identificar com cada vez mais clareza as propriedades de diferentes populações de buracos negros, e um dos artigos que acompanham o catálogo trata precisamente desse aspecto específico.
Construindo um panorama populacional
Storm Colloms, pesquisador de pós-graduação do Instituto de Pesquisa Gravitacional, afirmou em comunicado:
“Tenho feito parte da equipe que busca compreender os processos que criam buracos negros e estrelas de nêutrons em fusão com o conjunto mais recente de observações. Estudamos 267 fontes, incluindo 104 novas observações. Esse conjunto de centenas de observações nos permite medir com confiança as massas, spins e distâncias de buracos negros binários, além de investigar as correlações entre essas propriedades. Em particular, descobrimos que buracos negros com diferentes faixas de massa possuem spins diferentes, indicando que existem caminhos distintos de formação que criam grupos únicos de sistemas.”
Segundo ele ainda:
“Essa tendência já havia sido sugerida por observações publicadas anteriormente, GW241011 e GW241110, pares de buracos negros com spins elevados claramente medidos e massas desiguais. Essas duas observações mostraram sinais característicos de que o buraco negro maior em cada par foi formado não diretamente a partir de uma estrela massiva, mas de uma fusão anterior entre dois buracos negros. As assinaturas de buracos negros formados por fusões anteriores persistem na população como um todo, indicando que GW241011 e GW241110 não são casos isolados, mas refletem uma tendência subjacente. Agora temos evidências crescentes de que existem formas pelas quais o universo cria buracos negros em fusão além daquelas originadas de estrelas binárias massivas.”
As medições mais recentes da população de fontes de ondas gravitacionais continuam nos aproximando da construção de um quadro claro sobre as origens dos buracos negros binários e estrelas de nêutrons. Com futuras campanhas de observação e detectores mais sensíveis, obteremos medições mais precisas de fontes individuais e aumentaremos o número de fontes em nossos catálogos, permitindo investigar uma astrofísica cada vez mais detalhada da formação de objetos compactos.
O Dr. Williams completou dizendo que:
“Agora estamos detectando tantos desses sinais que não estamos mais apenas aprendendo sobre colisões individuais; é o equivalente astronômico de descobrir uma civilização antiga. Os novos resultados de hoje são como encontrar um tesouro até então desconhecido, revelando não apenas vidas individuais, mas a estrutura de todo um mundo perdido.”
O resultado explorado neste artigo, pode ser lido na íntegra aqui.
Artigo encontrado no site Phys.org (originalmente publicado em 26/05/2026)
Link para acesso ao original: https://phys.org/news/2026-05-ligovirgokagra-precision-gravitational-astronomy.html
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