Em 2023, detetores de ondas gravitacionais registaram a assinatura de uma colisão ocorrida a cerca de 7 mil milhões de anos-luz de distância. Tratou-se da fusão de dois buracos negros, um evento que ondulou o espaço-tempo como se fosse uma explosão invisível. Contudo, ao esmiuçar os dados, os astrónomos depararam-se com um resultado inesperado: algo que parecia contrariar regras fundamentais da formação destes objetos.
Porque é que certos buracos negros não deveriam existir? A “lacuna de massa” e as supernovas por instabilidade de pares
Quando estrelas muito massivas chegam ao fim da sua vida, muitas colapsam e originam uma supernova, deixando para trás um remanescente compacto - frequentemente um buraco negro. No entanto, há um intervalo de massas estelares em que o desfecho previsto é diferente: aproximadamente entre 70 e 140 vezes a massa do Sol.
Nesse caso, a estrela pode sofrer supernovas por instabilidade de pares, explosões tão extremas que desintegram totalmente o astro. O resultado seria absoluto: nenhum remanescente, nenhum buraco negro - apenas espaço vazio. Este intervalo tornou-se, por isso, uma espécie de “zona proibida” (ou lacuna de massa) para buracos negros formados de forma direta.
O que tornou a colisão GW231123 tão improvável
O evento conhecido como GW231123 pareceu violar precisamente essa regra. Os dois buracos negros apresentavam massas que os colocavam bem dentro da zona proibida, e, além disso, rodavam a velocidades extremas, quase à velocidade da luz, arrastando o espaço-tempo à sua volta como redemoinhos.
Havia explicações propostas anteriormente: por exemplo, que estes poderiam ser buracos negros de segunda geração, criados por fusões anteriores. O problema é que esse tipo de “histórico de colisões” tende a baralhar a rotação, tornando menos provável encontrar dois buracos negros simultaneamente tão massivos e com rotação tão rápida a colidir no mesmo sistema.
A peça em falta: campos magnéticos na formação de buracos negros
Foi aqui que Ore Gottlieb e colegas, do Centro de Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron, identificaram um detalhe que teria passado despercebido: os campos magnéticos.
Em muitas simulações anteriores, os modelos optaram por um atalho importante - subestimaram ou ignoraram o papel do magnetismo no caos que se segue a uma supernova. Essa omissão, afinal, era decisiva. A equipa realizou simulações computacionais que acompanharam uma estrela gigante com cerca de 250 vezes a massa do Sol ao longo de todo o seu ciclo de vida.
Da estrela gigante ao disco em rotação: como o magnetismo altera a massa e a rotação dos buracos negros
Quando uma estrela desta dimensão chega ao fim, a queima nuclear já a reduziu para aproximadamente 150 massas solares, isto é, ligeiramente acima da zona proibida. Ao colapsar, forma-se um disco em rotação composto por material estelar remanescente, atravessado por campos magnéticos, com um buraco negro recém-nascido no centro.
É neste ponto que o magnetismo muda o desfecho.
Normalmente, o disco em rotação alimenta o buraco negro, fazendo-o crescer. Porém, campos magnéticos intensos exercem pressão sobre esse disco e podem expulsar até metade da massa da estrela para o exterior a velocidades próximas da velocidade da luz.
O efeito é duplo: por um lado, a massa final do buraco negro diminui drasticamente, empurrando-o para dentro da lacuna de massa onde “não deveria” existir; por outro, o mesmo processo também influencia a taxa de rotação do buraco negro.
As simulações indicaram ainda uma relação clara: campos magnéticos mais fortes tendem a produzir buracos negros mais leves e com rotação mais lenta, enquanto campos mais fracos permitem a formação de buracos negros mais pesados e com rotação mais rápida. Este padrão sugere que a massa e a rotação podem estar ligadas por uma regra de formação, oferecendo uma nova forma de interpretar como surgem estes gigantes estelares.
Como testar a ideia: rajadas de raios gama e novos sinais observáveis
O estudo também antecipa que formações deste tipo deverão gerar rajadas de raios gama observáveis. Isso fornece um caminho concreto para testar o cenário: se determinados colapsos magnetizados produzem simultaneamente buracos negros na lacuna de massa e sinais eletromagnéticos associados, então será possível estimar quão comuns são, afinal, estes buracos negros “impossíveis”.
Além disso, esta abordagem abre espaço para leituras mais ricas dos dados de ondas gravitacionais: ao combinar a informação sobre massa e rotação com potenciais contrapartidas em raios gama, pode tornar-se viável reconstruir o ambiente físico do colapso - incluindo a intensidade dos campos magnéticos - em sistemas a milhares de milhões de anos-luz.
Por fim, à medida que as próximas campanhas de observação dos detetores de ondas gravitacionais acumularem mais eventos semelhantes ao GW231123, os astrónomos poderão verificar se esta ligação entre magnetismo, massa e rotação é exceção ou regra. Se for regra, a “zona proibida” poderá não ser um muro intransponível, mas antes um território acessível por caminhos de formação que até agora não estavam totalmente incluídos nos modelos.
Este artigo foi originalmente publicado pela Universe Today. Leia o artigo original.
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