Astrónomos ouviram o “toque” de um buraco negro recém-nascido pela primeira vez

Uma equipa de cientistas ouviu o “toque” de um buraco negro recém-nascido pela primeira vez, tendo conseguido testar diretamente o teorema da calvície.

Quando tocamos um sino com um martelo, este continua a tocar algum tempo depois, à medida que o metal continua a vibrar. No caso dos buracos negros, parece que quando um toca noutro algo semelhante acontece embora, em vez de ondas sonoras, o recém-formado buraco negro envia ondas gravitacionais que se propagam pelo Universo.

Essas ondas gravitacionais são como um acorde. Agora, segundo o Science Alert, uma equipa de astrónomos descobriu como tocar notas individuais neste acorde, isto é, as frequências nas ondas gravitacionais — e, pela primeira vez, detetou duas delas.

De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, é possível medir a massa e o movimento giratório de um buraco negro. Agora, estes cientistas inferiram que essas são as únicas propriedades detetáveis de um buraco negro, apoiando o teorema da calvície (que defende que os buracos negros só podem ser caracterizados por massa e rotação, sendo que todas as outras propriedades são “cabelo”).

“Todos esperamos que a relatividade geral esteja correta, mas esta é a primeira vez que a confirmamos desta maneira”, afirma o físico Maximiliano Isi, do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial Kavli do MIT, cujo estudo foi publicado na revista Physical Review Letters.

“Esta é a primeira medida experimental que consegue testar diretamente o teorema da calvície. Isto não significa que os buracos negros não poderiam ter ‘cabelo’. Significa a imagem de buracos negros sem ‘cabelo’ que vivem por mais um dia”, acrescenta.

A colisão em questão foi a primeira já detetada — GW 150914 — em setembro de 2015. Os cientistas traduziram as ondas gravitacionais em ondas sonoras, produzindo um sinal chirp:

Assim como os dois buracos negros se fundem em apenas um, há um período muito breve em que o novo buraco negro oscila, emitindo ondas gravitacionais mais fracas. Isto é chamado de ringdown, tendo os cientistas assumido que seria muito débil detetar ou analisar depois do pico da onda gravitacional no momento da colisão.

Anteriormente, o astrofísico Matthew Giesler e os seus colegas, da Caltech, nos EUA, determinaram, através de simulações, que logo após o pico da onda gravitacional, o período de ringdown incluía uma cacofonia de “conotações” — tons altos e de curta duração. Ao analisar um chirp de colisão no contexto de conotações, a equipa pôde isolar um toque de “assinatura” do novo buraco negro.

Isi e o resto da equipa pegaram neste trabalho e aplicaram-no ao GW 150914, concentrando-se no momento logo após o pico do chirp, tendo sido capazes de isolar o toque de “assinatura” — mesmo identificando dois tons distintos, correspondentes a frequências vibracionais distintas do novo buraco negro.

“Este foi um resultado surpreendente. A sabedoria convencional era que, quando o buraco negro remanescente se acalmasse para que qualquer tom pudesse ser detetado, as conotações decairiam quase completamente. “Em vez disso, verifica-se que as conotações são detetáveis antes que o som principal se torne visível”, explica o astrofísico teórico Saul Teukolsky, da Universidade de Cornell, também nos EUA.

A massa e a rotação calculadas a partir do tom e decaimento dos tons combinavam com as medições anteriores dessas duas propriedades, demonstrando que a deteção das conotações do ringdown de um buraco negro podem ser realizadas atualmente, com métodos atuais (o que significa que a tecnologia futura pode ser ainda maior).

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