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» » » » » Quando os buracos negros se encontram - dentro dos cataclismos que causam ondas gravitacionais
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Em 1916, Albert Einstein previu que, quando dois buracos negros se fundirem, eles devem gerar uma quantidade impressionante de energia na forma de ondas gravitacionais.


Para colocar a escala de tirar o fôlego desta explosão em perspectiva, calculou-se que ela é equivalente à potência da energia de 10²³ do nosso Sol. Isso é 100.000.000.000.000.000.000,000 sóis!

A maior parte desta explosão estupenda de energia gravitacional é dada nas últimos órbitas, a medida que os buracos negros se fundem em um um só, girando. 

Então buracos negros binários são como bombas de tempo gravitacionais. Eles anunciaram a sua existência em uma explosão gravitacional pura. O temporizador de contagem decrescente para a explosão é definido pelo espaçamento inicial dos dois buracos negros. E só a Astronomia de Ondas Gravitacionais pode revelar a sua existência.

Relíquias cósmicas

Pares de buracos negros podem ser formados de algumas maneiras diferentes.

O primeiro caminho para um buraco negro binário começa com pares de estrelas que nasceram juntas. Isso não é incomum; cerca de um terço das estrelas no universo são membros de pares binários.

Essas estrelas evoluirão juntas, e como elas são enormes o suficiente, elas vão viver rápido e morrer jovem. Em apenas um milhão de anos, ambas as estrelas terão evoluído, explodido e caído, deixando para trás um par de buracos negros.

Se as estrelas são enormes o suficiente, eles poderiam entrar em colapso em buracos negros. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Girando em torno de si como batedores de ovos gravitacionais no céu, os buracos negros binários tendem a apagar as estrelas em torno deles. Suas massas poderiam ser de 20 a 100 vezes a massa do nosso Sol. Chamamos esses buracos negros binários de sistemas co-evoluídos. 

Sistemas co-evoluídos são susceptíveis de serem bloqueado, o que significa que o spin  (rotação) de cada estrela é correspondente a sua rotação orbital, fazendo com que o par de buracos negros tenham seus eixos de rotação alinhados como a maioria dos planetas no sistema solar.

Spins co-alinhados é a assinatura chave de buracos negros binários que nasceram juntos. A assinatura pode ser medida em sinais de ondas gravitacionais.

Vampiros cósmicos

Um sistema de buracos negros binários pode formar-se de outra maneira. Dois buracos negros, nascidos individualmente em um aglomerado relativamente denso de estrelas, pode capturar o outro.

O efeito estilingue, que as agências espaciais usam para tirar energia a partir de planetas para lançar naves espaciais para fora do sistema solar, desempenha um papel crucial aqui.


Aglomerados globulares também pode ser o local de nascimento de buracos negros binários. Crédito: ESA / Hubble e NASA, Reconhecimento: Judy Schmidt

Estrelas que passam perto dos buracos negros obtém efeito estilingue aleatórios enquanto derivam através do aglomerado. Os buracos negros do universo primordial, que normalmente são esperados para ter pelo menos 20 vezes a massa de estrelas normais, tendem a perder energia para as estrelas que passam, e assim eles lentamente afundam para os centros do seu aglomerado de estrelas,

Ao longo de bilhões de anos, como buracos negros de grande massa afundam em direção ao centro dos aglomerados globulares, a densidade aumenta até o espaçamento normal entre as estrelas e buracos negros é o mais próximo que a distância entre o Sol e Plutão.

Nessas condições super-densas, os buracos negros podem capturar outros buracos negros. Uma vez que um par buraco negro se formou, novamente age como um batedor de ovos, que transfere energia para estrelas de passagem.

Cada interação tende a fazer com que o buraco negro binário encolha, enquanto todo o sistema binário recebe simultaneamente um pontapé para a frente, que normalmente é forte o suficiente para jogá-lo direto para o espaço intergaláctico.

Estes "binários de captura" tem duas diferenças significativas quando comparados com os binários co-evoluídos: seus eixos de rotação serão orientada aleatoriamente, porque os buracos negros si nasceram separadamente. Estas assinaturas também podem ser medidos em ondas gravitacionais .

Cativos galáticos


Ondas gravitacionais pode dar evidência direta da existência de buracos negros. Crédito: Alain Riazuelo, CNRS/IAP/UPMC, CC BY-SA

Interações estilingue com outras estrelas também podem levar a energia a partir de binários amplamente espaçados, a fim de reduzir o tempo de coalescência e também podem criar buracos negros binários perto dos centros das galáxias.

Mas galáxias têm muita gravidade mais forte do que aglomerados globulares. Isto significa que é muito menos provável que os buracos negros vão ser arremessados no espaço interestelar.

Estas maneiras diferentes, os buracos negros nascidos a partir das primeiras estrelas acabam como pares binários: alguns capturados perto dos centros das galáxias; alguns ainda perto de seu lugar de origem; e os outros à deriva pelo espaço vazio há bilhões de anos.

Estes são bombas-relógio gravitacionais. Eles estão em uma espiral em direção a coalescência. A configuração de tempo varia de acordo com sua proximidade.

Bilhões de binários em todo o universo estarão criando um fundo aleatório de ondas gravitacionais, ondulações em um mar cósmico do espaço-tempo. Mas quando cada um finalmente mescla-se, emitem uma grande explosão de energia gravitacional, desencadeando um tsunami cósmico.

Contagem regressiva para a coalescência

A emissão de ondas gravitacionais de buracos negros binários é como as ondas criadas por um navio em movimento. Eles tiram energia, causando para espiral inexoravelmente no sentido de fusão do binário.

No vazio do espaço interestelar, eles só podem emitir ondas eletromagnéticas encontradas em gases ou cometas, o que poderia desencadear emissão fraca de raios x. Eles são tão pequenos e tão distantes que a astronomia convencional é improvável que nunca seja capaz de detectá-los.

Cada sistema de buraco negro é como uma contagem regressiva. Cada um definido como um tempo diferente de acordo com suas condições de partida. Nas condições caóticas de uma nuvem de gás em colapso, esperaríamos uma gama de configurações de tempo.

Da mesma forma todos os outros cenários de formação irão criar binários com várias configurações de tempo. Alguns terão horários estabelecidos mais do que a idade do universo. Os outros serão coalescentes em um momento do tempo cósmico.

Só esses binários com seu gravitacional temporizador definido para coincidir com o nosso lugar e tempo do universo são úteis para nós. Estas são como cápsulas do tempo cósmicas que liberam seus dados sob a forma de uma grande explosão de energia gravitacional, detectável por detectores de ondas gravitacionais como a LIGO.

Existe buracos negros binários o suficientes, com seu tempo de relógio configurado corretamente para que possamos detectar estas explosões gravitacionais? Hoje sabemos que a resposta é Sim. Vejamos os próximos capítulos dessa história que só está começando a ser escrita na astronomia. Esperamos mais artigos sobre a histórica detecção de ondas gravitacionais pela LIGO para saber mais!

Traduzido e adaptado de Phys.org

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Autor Felipe Sérvulo

Graduado em Física pela UEPB. Mestrando em Cosmologia, gravitação e física das partículas pela UFCG. Possui experiência na área de divulgação científica com ênfase em astronomia, astrofísica, astrobiologia, cosmologia, biologia evolutiva e história da ciência. Possui experiência na área de docência informática, física, química e matemática, com ênfase em desenvolvimento de websites e design gráfico e experiência na área de artes, com ênfase em pinturas e desenhos realistas. Fundador do Projeto Mistérios do Universo, colaborador, editor, tradutor e colaborador da Sociedade Científica e do Universo Racionalista. Membro da Associação Paraibana de Astronomia. Pai, nerd, geek, colecionador, aficionado pela arte, pela astronomia e pelo Universo. Curriculum Lattes: http://lattes.cnpq.br/8938378819014229
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