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Fusão de buraco negro: a primeira detecção de múltiplas frequências de ringdown   

Fusão de dois buracos negros tem três estágios: fases de inspiração, fusão e ringdown. Característica ondas gravitacionais são emitidos em cada fase. A última fase de ringdown é muito breve e codifica informações sobre as propriedades do final buraco negro. Reanálise de dados binários buraco negro O evento de fusão GW190521 forneceu, pela primeira vez, evidências de tremores secundários característicos da fusão na forma de duas frequências de toque fracas separadas produzidas pelo único resultado buraco negro à medida que se estabeleceu em uma forma simétrica estável. Esta é a primeira detecção de múltiplas frequências de ondas gravitacionais no estágio de ringdown. Assim como um sino 'toca' por algum tempo depois de ficar preso, o single resultante fica distorcido buraco negro formado após a fusão 'tocar' por algum tempo emitindo tons fracos ondas gravitacionais antes de alcançar a forma estável simétrica. E, apenas o formato do sino determina as frequências específicas com que o sino toca, da mesma forma, de acordo com o teorema sem cabelo, a massa e o spin do buraco negro determinar frequências de ringdown. Conseqüentemente, este desenvolvimento abre caminho para o uso de frequências de ringdown para estudar propriedades de buraco negro 

Buracos negros são objetos massivos com campos gravitacionais extremamente fortes. Quando dois órbita buracos negros espiralar em torno um do outro e, eventualmente, coalescer, o tecido de espaço-os tempos ao seu redor são perturbados, o que cria ondas de ondas gravitacionais irradiando para fora. Desde setembro de 2015, quando a astronomia de ondas gravitacionais começou com a primeira detecção de ondas gravitacionais gerado pela fusão de dois buracos negros 1.3 bilhão de anos-luz de distância, fundindo-se buracos negros agora são detectados rotineiramente quase uma vez por semana.   

A fusão de buracos negros tem três fases. Quando os dois buracos negros estão amplamente separados, eles lentamente órbita um ao outro emitindo fraco ondas gravitacionais. O binário gradualmente se move para tamanhos cada vez menores órbitas à medida que a energia do sistema é perdida na forma de ondas gravitacionais. Isto é fase inspiradora de coalescência. O próximo é fase de fusão quando os dois buracos negros chegue perto o suficiente para se unir e formar um único buraco negro com forma distorcida. As ondas gravitacionais (GWs) mais fortes são emitidas nesta fase, que agora são rotineiramente detectadas e registradas por observatórios de ondas gravitacionais.  

A fase de fusão é seguida por uma fase muito curta chamada estágio de toque em que o único distorcido resultante buraco negro atinge rapidamente uma forma esférica ou esferoidal mais estável. Ondas gravitacionais emitidos na fase de ringdown são amortecidos e muito mais fracos do que os GWs liberados na fase de fusão. Assim como um sino 'toca' por algum tempo depois de ficar preso, o single resultante buraco negro 'anéis' por algum tempo emitindo muito mais fraco ondas gravitacionais antes de alcançar a forma estável simétrica.  

As fracas frequências múltiplas de ringdown de ondas gravitacionais lançado durante a fase de ringdown da fusão de dois buracos negros não foram detectados até agora.  

Uma equipe de pesquisa obteve recentemente sucesso na detecção de múltiplas frequências de ondas gravitacionais no estágio de ringdown do binário. buraco negro evento de fusão GW190521. Eles procuraram tons de desvanecimento individuais nas frequências de ringdown sem considerar qualquer relação com frequências e tempos de amortecimento e conseguiram identificar dois modos que implicavam na deformação resultante. buraco negro emitiu pelo menos duas frequências após a fusão. Isto foi previsto pela relatividade geral de Einstein, portanto o resultado confirma a teoria. Além disso, os pesquisadores compararam as frequências e os tempos de amortecimento dos dois modos de toque encontrados no evento de fusão para testar o “teorema sem cabelo” (que buracos negros são completamente caracterizados por massa e rotação e nenhum outro “fio de cabelo” é necessário para descrever suas características) e não encontrou nada além da relatividade geral.  

Este é um marco porque se pensava amplamente que a observação de múltiplas frequências de ringdown não seria possível antes que os detectores de ondas gravitacionais da próxima geração estivessem disponíveis no futuro.  

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Fontes:   

  1. Capano, CD et al. 2023. Espectro Quasinormal Multimodo de um Buraco Negro Perturbado. Cartas de revisão física. Vol. 131, Edição 22. 1º de dezembro de 2023. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.221402  
  2. Max-Planck-Institut fürGravitationsphysik(Albert-Einstein-Institut), 2023. Notícias – Para quem o buraco negro toca. Disponível em https://www.aei.mpg.de/749477/for-whom-the-black-hole-rings?c=26160 

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Jornalista científico | Editor fundador, revista Scientific European

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