Os maiores buracos negros do universo podem surgir de fusões violentas

Os maiores buracos negros do Universo, longe de serem gigantes desde o nascimento, podem ser frutos de colisões cósmicas repetidas. Cientistas da Universidade de Cardiff analisaram sinais de ondas gravitacionais e descobriram que esses objetos colossais são possivelmente formados em aglomerados estelares densos, onde estrelas e buracos negros estão comprimidos em uma densidade milhões de vezes maior do que a que cerca o nosso Sol.

O estudo, publicado na revista Nature Astronomy, utilizou dados da versão 4.0 do Catálogo de Eventos Transitórios de Ondas Gravitacionais (GWTC4), que documenta 153 detecções confiáveis de fusões de buracos negros. Os pesquisadores concentraram-se em buracos negros de segunda geração, aqueles que emergem de múltiplas fusões em ambientes estelares caóticos, revelando uma história distinta dos buracos negros menores formados pelo colapso direto de estrelas.

Segundo o Dr. Fabio Antonini, principal autor do estudo e membro da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff, as ondas gravitacionais estão agora desvendando mais do que apenas a frequência de fusões. Elas estão oferecendo pistas sobre como esses buracos negros crescem, onde se formam e o que isso revela sobre as vidas e mortes de estrelas massivas.

Os resultados apontam para duas populações claras: uma de buracos negros de massa menor, consistente com o colapso estelar, e outra de massa maior, cujas características de rotação sugerem fusões hierárquicas. A coautora Dr. Isobel Romero-Shaw destacou que os buracos negros de maior massa mostram rotação mais rápida e orientações aleatórias, um comportamento típico de fusões repetidas em aglomerados estelares densos.

Além disso, o estudo reforça a existência de um intrigante “vácuo de massa” previsto por astrofísicos. Esse intervalo, em torno de 45 vezes a massa do Sol, representa uma faixa em que buracos negros não deveriam se formar diretamente, devido a explosões estelares extremamente violentas que destroem completamente estrelas acima de certo limite de massa.

Antonini explicou que os buracos negros detectados próximos a esse intervalo desafiam os modelos tradicionais de evolução estelar. A rotação e a distribuição de massa dos buracos negros mais massivos indicam que eles provavelmente passaram por fusões anteriores, oferecendo uma janela para compreender a dinâmica dos aglomerados estelares.

Os pesquisadores também destacaram as implicações dessa descoberta para a física nuclear. Reações nucleares no núcleo de estrelas massivas, como a queima de hélio, influenciam diretamente o limite de massa estabelecido pela instabilidade de pares, e os dados de ondas gravitacionais podem, no futuro, ajudar a refinar o entendimento desses processos.

Essas descobertas, além de expandirem o conhecimento sobre a formação dos maiores buracos negros, abrem caminho para novas investigações sobre a evolução estelar e a física nuclear. Como destacou o Dr. Fani Dosopoulou, coautor do estudo, as ondas gravitacionais oferecem uma nova ferramenta para explorar os segredos mais profundos do cosmos.

Para saber mais sobre a pesquisa, confira o estudo completo publicado pela Universidade de Cardiff.