Em 2023, detetores de ondas gravitacionais registaram a assinatura de uma colisão ocorrida a 7 mil milhões de anos-luz de distância. Dois buracos negros tinham-se fundido numa explosão de espaço-tempo distorcido, mas, ao examinar os dados, astrónomos depararam-se com algo que contrariava as regras da física.
GW231123 e os buracos negros na lacuna de massa “proibida”
O evento, conhecido como GW231123, parecia quebrar um princípio básico: ambos os buracos negros tinham massas que os colocavam diretamente numa zona “proibida”, onde, em teoria, buracos negros simplesmente não deveriam existir. Para tornar tudo ainda mais estranho, eles giravam mais depressa do que quaisquer outros já observados, a quase a velocidade da luz, arrastando o espaço-tempo à sua volta como redemoinhos.
Modelos anteriores sugeriam uma explicação: talvez fossem buracos negros de segunda geração, formados em fusões anteriores. Só que esse tipo de processo, em geral, embaralha a rotação. Encontrar dois buracos negros tão massivos e com rotação tão elevada a colidir parecia, portanto, pouco provável.
Porque algumas estrelas não deixam remanescente: supernovae de instabilidade de pares
Quando estrelas muito massivas chegam ao fim da vida, muitas colapsam e explodem como supernovae, deixando buracos negros como remanescentes. No entanto, estrelas dentro de uma faixa específica de massa - aproximadamente entre 70 e 140 vezes a massa do Sol - têm um destino diferente.
Elas passam por supernovae de instabilidade de pares, explosões tão violentas que a estrela é completamente aniquilada, sem deixar absolutamente nada para trás. Nenhum remanescente. Nenhum buraco negro. Apenas espaço vazio.
O que faltava nas simulações: campos magnéticos
Ore Gottlieb e colegas, no Centro de Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron, identificaram o elemento que outros tinham deixado escapar: os campos magnéticos.
Simulações anteriores tinham recorrido a um atalho, desconsiderando o papel do magnetismo no cenário caótico que se segue a uma supernova. Essa omissão revelou-se decisiva. A equipa executou simulações computacionais que acompanharam uma estrela gigante com 250 vezes a massa do Sol ao longo de todo o seu ciclo de vida.
Quando uma estrela desse tipo chega ao seu fim explosivo, a queima nuclear já a reduziu para cerca de 150 massas solares - ligeiramente acima da zona proibida. Ao colapsar, forma um disco em rotação de material estelar remanescente, permeado por campos magnéticos, com um buraco negro recém-nascido no centro.
É aqui que os campos magnéticos mudam tudo.
Normalmente, o disco em rotação alimenta o buraco negro com matéria. Porém, campos magnéticos intensos exercem pressão sobre esse disco e podem expelir até metade da massa da estrela a quase a velocidade da luz.
Com isso, a massa final do buraco negro diminui de forma drástica, empurrando-o para dentro da suposta lacuna de massa “proibida” e, ao mesmo tempo, influenciando a sua taxa de rotação.
As simulações mostraram que 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. Essa relação indica que os buracos negros podem seguir um padrão que liga massa e rotação, oferecendo uma nova forma de compreender como estes gigantes estelares se formam.
O estudo também prevê que formações deste tipo devem gerar explosões de raios gama observáveis, o que abre um caminho para testar estas ideias e investigar quão comuns podem ser, na prática, estes buracos negros “impossíveis”.
Este artigo foi publicado originalmente pelo site Universo Hoje. Leia o artigo original.
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