Os astrónomos há muito que se intrigam com um evento de onda gravitacional invulgar detetado em 2023 – uma colisão entre dois buracos negros que desafia a sabedoria convencional sobre como se formam objetos tão massivos e que giram rapidamente. O mistério foi agora resolvido, graças a sofisticadas simulações computacionais que revelam o papel crucial dos campos magnéticos na formação destes gigantes cósmicos.
Em novembro de 2023, detectores baseados na Terra como LIGO, Virgo e KAGRA capturaram ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Este sinal, designado GW231123, apontava para uma colisão de dois buracos negros localizados a cerca de 7 mil milhões de anos-luz de distância. Mas as características destes buracos negros confundiram os astrónomos: cada um tinha massas cerca de 100 e 140 vezes a do nosso Sol e girava a velocidades próximas da da luz.
O problema? As teorias atuais sugerem que estrelas com massa suficiente para colapsar em buracos negros com massas tão extraordinárias deveriam explodir como “supernovas com instabilidade de pares”. Esses eventos cataclísmicos são tão poderosos que não deixam nada, nem mesmo um buraco negro. Como resultado, os cientistas não esperavam que os buracos negros se formassem dentro da faixa de massa entre aproximadamente 70 e 140 vezes a massa do Sol.
Embora buracos negros possam existir dentro desta “lacuna de massa” após fusões de buracos negros menores existentes, isso não era provável neste caso. As fusões interrompem a rotação de um buraco negro, mas os objetos em colisão em GW231123 giravam incrivelmente rápido – na sua velocidade rotacional máxima teórica. Isso significava que algo totalmente diferente deveria estar em jogo.
Uma equipe liderada pelo astrofísico Ore Gottlieb, do Centro de Astrofísica Computacional (CCA) do Flatiron Institute, aceitou o desafio, executando simulações computacionais complexas de evolução estelar e supernovas. Seu principal insight? O papel dos campos magnéticos nos momentos finais de uma estrela.
Campos magnéticos reescrevem o script
Estudos anteriores frequentemente negligenciavam os campos magnéticos nestes cenários extremos. Gottlieb e a sua equipa incorporaram-nos nos seus modelos, revelando uma reviravolta fascinante: os campos magnéticos podem influenciar significativamente a forma como o material estelar restante se comporta após uma supernova.
Eles simularam a morte de uma estrela massiva com cerca de 250 vezes a massa do Sol, observando-a perder a maior parte da sua massa antes de colapsar para formar um buraco negro. Depois, numa simulação mais complexa, tiveram em conta os campos magnéticos rodopiantes presentes na nuvem de detritos em expansão que rodeia o buraco negro recém-formado.
“Descobrimos que estes campos magnéticos podem afastar parte deste material restante quase à velocidade da luz”, explicou Gottlieb. Quanto mais rápido a estrela girava e quanto mais fortes os campos magnéticos, mais eficientemente a matéria poderia ser expelida.
Este processo de expulsão reduz efetivamente a massa transferida para o buraco negro. Isto significa que mesmo uma estrela progenitora massiva poderia deixar para trás um buraco negro relativamente menor dentro da lacuna de massa proibida. As simulações mostraram que, sob certas condições, metade da massa estelar inicial poderia ser destruída!
Uma nova era na compreensão do buraco negro
A descoberta tem implicações de longo alcance na forma como entendemos a formação e evolução dos buracos negros. Sugere:
- Uma ligação entre massa, rotação e magnetismo: Campos magnéticos mais fortes podem levar a buracos negros de rotação mais leve e mais lenta, enquanto campos mais fracos podem produzir buracos mais massivos e de rotação rápida. Esta conexão abre novos caminhos para investigação.
- Testes através de explosões de raios gama: As simulações prevêem que a formação destes buracos negros com lacunas de massa deve ser acompanhada por uma explosão de raios gama – luz de alta energia detectável na Terra. A detecção de tal explosão forneceria evidências poderosas para apoiar este modelo.
O mistério de GW231123 foi resolvido, mas levanta questões ainda mais intrigantes sobre a complexa interação entre campos magnéticos e gravidade nos dramáticos momentos finais de estrelas massivas. Ele destaca como eventos aparentemente “impossíveis” podem revelar verdades surpreendentes sobre os objetos mais enigmáticos do universo.
