Cientistas que estudam ondas gravitacionais acham que descobriram como o universo cria seus maiores buracos negros, e spoiler: não é o colapso dramático de uma estrela moribunda. Em vez disso, esses pesos pesados cósmicos parecem ser reincidentes, crescendo através de múltiplas colisões dentro de aglomerados estelares mais apertados que um metrô de Tóquio na hora do rush.
Liderada pela Universidade de Cardiff, a pesquisa mergulhou na versão 4.0 do Catálogo de Transientes de Ondas Gravitacionais LIGO-Virgo-KAGRA (GWTC4), que registra 153 fusões confiáveis de buracos negros. A equipe, publicando na Nature Astronomy, focou em saber se os maiores buracos negros eram objetos de "segunda geração" - formados quando buracos negros de estrelas mortas se chocam e depois se fundem novamente em ambientes estelares densos, onde as estrelas estão amontoadas até um milhão de vezes mais próximas do que em nossa vizinhança solar.
"A astronomia de ondas gravitacionais agora está fazendo mais do que contar fusões de buracos negros", disse o autor principal, Dr. Fabio Antonini, da Universidade de Cardiff. "Está começando a revelar como os buracos negros crescem, onde crescem e o que isso nos diz sobre a vida e a morte de estrelas massivas." A análise identificou duas populações distintas de buracos negros, com os mais pesados mostrando um comportamento de rotação peculiar - rotações rápidas em direções aleatórias, exatamente o que se espera de fusões repetidas em aglomerados densos.
"O que mais nos surpreendeu foi o quão claramente os buracos negros de alta massa se destacam como uma população separada", acrescentou a coautora Dra. Isobel Romero-Shaw. "Ao contrário dos sistemas de massa mais baixa... os sistemas de massa mais alta são consistentes com rotações mais rápidas, orientadas em direções aparentemente aleatórias. Esta é a assinatura exata que você esperaria se buracos negros estivessem se fundindo repetidamente em aglomerados estelares densos."
O estudo também reforça evidências de um misterioso "gap de massa" em torno de 45 massas solares, onde estrelas de certo tamanho deveriam explodir tão violentamente que não deixam buraco negro algum. "Os maiores buracos negros na amostra atual parecem estar nos contando sobre dinâmica de aglomerados, não apenas evolução estelar", observou Antonini. "Acima de cerca de 45 massas solares, a distribuição de rotação muda... explicado naturalmente se esses buracos negros já passaram por fusões anteriores em aglomerados densos."
Olhando para o futuro, os pesquisadores sugerem que esses dados podem ajudar a investigar a física nuclear dentro de estrelas massivas, já que o gap de massa por instabilidade de par depende de reações nos núcleos estelares. "No futuro, os dados de ondas gravitacionais podem ajudar os cientistas a estudar física nuclear", disse a coautora Dra. Fani Dosopoulou. Porque nada diz "física nuclear" como um buraco negro que já passou por múltiplas colisões cósmicas.