As fusões entre buracos negros e estrelas de neutrões em enxames estelares densos são bastante diferentes daquelas que se formam em regiões isoladas, onde existem poucas estrelas. As suas características associadas podem ser cruciais para o estudo das ondas gravitacionais e da sua fonte.
O Dr. Manuel Arca Sedda, do Instituto de Computação Astronómica da Universidade de Heidelberg, chegou a esta conclusão num estudo que utilizou simulações de computador. A investigação pode fornecer informações críticas sobre a fusão de dois objetos estelares massivos que os astrónomos observaram em 2019.
Os achados foram publicados na revista Communications Physics.
As estrelas muito mais massivas do que o nosso Sol geralmente terminam as suas vidas como uma estrela de neutrões ou como um buraco negro. As estrelas de neutrões emitem pulsos regulares de radiação que permitem a sua deteção.
Por exemplo, em agosto de 2017, quando foi observada a primeira fusão de duas estrelas de neutrões, os cientistas de todo o mundo detetaram luz da explosão com os seus telescópios. Os buracos negros, por outro lado, geralmente permanecem ocultos porque a sua atração gravitacional é tão forte que nem a luz pode escapar, tornando-os invisíveis aos detetores eletromagnéticos.
Se dois buracos negros se fundirem, o evento pode ser invisível, mas, no entanto, é detetável graças a ondulações no espaço-tempo na forma das chamadas ondas gravitacionais. Certos detetores, como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory) nos EUA, são capazes de detetar essas ondas.
A primeira observação bem-sucedida foi feita em 2015. O sinal foi criado pela fusão de dois buracos negros. Mas este evento pode não ser a única fonte de ondas gravitacionais, pois também podem surgir da fusão de duas estrelas de neutrões ou da fusão de um buraco negro com uma estrela de neutrões. De acordo com o Dr. Arca Sedda, descobrir as diferenças é um dos principais desafios na observação destes eventos.
No seu estudo, o investigador da Universidade de Heidelberg analisou a fusão de pares de buracos negros e estrelas de neutrões. Usou simulações detalhadas para estudar as interações entre um sistema composto por uma estrela e um objeto compacto, como um buraco negro, e um terceiro objeto massivo e deambulante necessário para uma fusão.
Os resultados indicam que estas interações de três corpos podem de facto contribuir para fusões de estrelas neutrões com buracos negros em regiões estelares densas como enxames globulares. “Pode ser definida uma família especial de fusões dinâmicas que é distintamente diferente de fusões em áreas isoladas,” explica Manuel Arca Sedda.
A fusão de um buraco negro com uma estrela de neutrões foi observada pela primeira vez com observatórios de ondas gravitacionais em agosto de 2019. No entanto, observatórios óticos de todo o mundo não conseguiram localizar a contraparte eletromagnética na região da qual o sinal da onda gravitacional teve origem, sugerindo que o buraco negro devorou completamente a estrela de neutrões sem antes a destruir.
Se confirmada, esta poderá ser a primeira fusão entre um buraco negro e uma estrela de neutrões detetada num ambiente estelar denso, conforme descrito pelo Dr. Arca Sedda.
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