GW 231123: colisão de buracos negros com mais de 225 Sóis pode mudar o que sabemos

Dois buracos negros colidiram e se fundiram em um evento que pode transformar o que sabemos sobre o crescimento de buracos negros.

Batizado de GW 231123 pela data em que foi registado, em 23 de novembro de 2023, o sinal corresponde à colisão de buracos negros mais massiva já observada até agora, dando origem a um objeto com mais de 225 Sóis em massa.

Até então, a fusão de buracos negros mais pesada conhecida tinha produzido um remanescente com 142 vezes a massa do Sol.

GW 231123 e o novo recorde entre buracos negros

O que torna o GW 231123 especialmente impressionante é que cada um dos buracos negros envolvidos parece ter massa acima do limite superior esperado para buracos negros formados a partir de um único núcleo estelar - o que sugere que ambos podem já ter participado de colisões anteriores.

"Este é o binário de buracos negros mais massivo que observámos através de ondas gravitacionais, e isso representa um verdadeiro desafio ao nosso entendimento sobre a formação de buracos negros", diz o astrónomo e físico Mark Hannam, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido.

"Buracos negros tão massivos são proibidos pelos modelos padrão de evolução estelar. Uma possibilidade é que os dois buracos negros neste binário se tenham formado por meio de fusões anteriores de buracos negros menores."

Como as ondas gravitacionais ajudam a medir colisões

A astronomia de ondas gravitacionais começou, de facto, em 2015, quando o interferómetro LIGO captou o sinal ténue das ondulações gravitacionais que se propagam pelo espaço-tempo quando dois objetos extremos se fundem e se tornam um só. Desde então, o LIGO passou a operar em conjunto com as instalações Virgo e KAGRA, reunindo cerca de 300 sinais de pares de buracos negros a colidir em diferentes regiões do Universo.

Ao analisar esses registos, astrónomos conseguem separar componentes do sinal e, a partir das ondulações, inferir propriedades dos buracos negros que as produziram.

E é aqui que a história fica ainda mais interessante: buracos negros pequenos são extremamente difíceis de encontrar no espaço, porque não emitem luz detetável. Assim, ao compilar dados de fusões, os cientistas estão, na prática, a recolher evidências observacionais sobre a realidade dos buracos negros.

Por que o evento desafia os modelos de formação de buracos negros

Grande parte do que se estuda sobre esses objetos hiperdensos precisa ser, por necessidade, teórico. Sabe-se que os menores (em contraste com os buracos negros supermassivos, com milhões de massas solares) são os restos de estrelas muito massivas que explodem como supernovas: o núcleo colapsa sob a própria gravidade e forma um objeto tão denso que nem a luz consegue escapar ao seu campo gravitacional.

No entanto, esse mecanismo de formação tem um limite superior de massa. Acima de determinado peso, as estrelas podem explodir num fenómeno chamado supernova por instabilidade de pares, que destrói completamente o núcleo. Não se sabe com certeza onde está esse limite, mas ele pode ser tão baixo quanto 40 massas solares e tão alto quanto 60.

Mesmo assim, já surgiram indícios de buracos negros que ultrapassam esse teto. A fusão que resultou nas 142 massas solares, por exemplo, envolveu buracos negros com 66 e 85 vezes a massa do Sol. Ainda assim, o GW 231123 eleva essa fasquia de forma notável.

Além disso, segundo os pesquisadores, os dois buracos negros do evento estavam a rodar muito depressa, muito perto do limite teórico. Isso tornou o sinal bem mais complicado - mas também pode ser uma pista sobre o passado desses objetos. Quando dois buracos negros se combinam, o remanescente único tende a apresentar rotação mais rápida; essa característica já foi proposta por cientistas como uma ferramenta para indicar se um buraco negro é, ele próprio, produto de uma fusão anterior.

Será necessária uma análise adicional para destrinchar todas as complexidades do GW 231123, mas o evento pode reforçar teorias científicas sobre como buracos negros se formam. Ele também pode oferecer uma pista importante sobre como buracos negros supermassivos crescem, já que não se sabe como eles passam de objetos com massa comparável à de uma estrela para os gigantes em torno dos quais galáxias inteiras orbitam.

"Levará anos para a comunidade desvendar totalmente este intrincado padrão de sinal e todas as suas implicações", afirma o físico Gregorio Carullo, da Universidade de Birmingham, no Reino Unido. "Apesar de a explicação mais provável continuar a ser uma fusão de buracos negros, cenários mais complexos podem ser a chave para decifrar as suas características inesperadas. Tempos empolgantes pela frente!"

As conclusões da equipa serão apresentadas na 24ª Conferência Internacional sobre Relatividade Geral e Gravitação e na 16ª Conferência Edoardo Amaldi sobre Ondas Gravitacionais.