Estudo revela origem violenta dos maiores buracos negros do universo

Uma nova pesquisa conduzida por uma equipe internacional de cientistas trouxe descobertas surpreendentes sobre os buracos negros mais massivos do universo, detectados por meio de ondulações no espaço-tempo.

O estudo foi liderado pela Universidade de Cardiff e publicado na revista Nature Astronomy. Esses colossos cósmicos têm origem em colisões extremamente violentas dentro de aglomerados estelares densamente povoados.

A análise se baseou na versão 4.0 do Catálogo de Transientes de Ondas Gravitacionais LIGO-Virgo-KAGRA, com 153 detecções confiáveis de fusões de buracos negros. Os pesquisadores apontam para um processo de formação hierárquica.

Os buracos negros mais pesados resultam de fusões repetidas de buracos negros menores. Esse fenômeno ocorre nos núcleos de aglomerados estelares, onde a densidade de estrelas pode ser até um milhão de vezes maior do que na vizinhança do Sol.

O Dr. Fabio Antonini, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff e autor principal do estudo, classificou a pesquisa como um marco na astronomia de ondas gravitacionais. Ele enfatizou que o trabalho não apenas registra fusões de buracos negros, mas também oferece pistas sobre como esses objetos crescem e o que isso revela sobre a vida e a morte de estrelas massivas.

Os dados identificaram duas populações distintas de buracos negros, separadas por suas origens e características. Os de menor massa estão ligados ao colapso estelar convencional, enquanto os mais massivos apresentam sinais de fusões hierárquicas, com rotações rápidas e orientações aparentemente aleatórias.

A coautora Dra. Isobel Romero-Shaw destacou que essas características reforçam a tese de que os buracos negros mais pesados se formam em aglomerados densos. Ela também observou que tais evidências desafiam explicações baseadas apenas em sistemas binários estelares tradicionais.

Outro ponto crucial da pesquisa foi a confirmação de um “vácuo de massa”, uma lacuna prevista por teorias de instabilidade de pares em buracos negros de origem estelar. Essa lacuna, identificada acima de 45 vezes a massa do Sol, é atribuída à explosão catastrófica de estrelas extremamente massivas antes de colapsarem em buracos negros.

A distribuição de rotação dos buracos negros mais massivos sugere que eles passaram por fusões anteriores, algo que não se explica apenas por sistemas binários convencionais. Esse padrão abre novas perspectivas para testar e refinar modelos de evolução estelar e dinâmica de aglomerados no universo.

A pesquisa também lança luz sobre reações nucleares fundamentais no processo de queima de hélio em estrelas massivas, conforme apontou a coautora Dra. Fani Dosopoulou. Ela destacou que os dados de ondas gravitacionais poderão, no futuro, aprofundar o entendimento da física nuclear, já que os limites de massa da instabilidade de pares estão diretamente ligados a essas reações nos núcleos estelares.

O estudo, intitulado Gravitational-wave constraints on the pair-instability mass gap and nuclear burning in massive stars, foi publicado na revista Nature Astronomy. Mais informações podem ser encontradas no portal Phys.org.