MADRID, 7 set. (EUROPA PRESS) -
Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Nagoya, no Japão, descobriu uma maneira de detectar a “cabelo” do buraco negro por meio de alterações nas ondas de ressonância. Conforme publicado no “Journal of Cosmology and Astroparticle Physics”, eles descobriram que a matéria oculta não afeta essas ondas de maneira uniforme; a frequência e a velocidade de decaimento das ondas respondem de forma diferente. Essa diferença poderia indicar se há matéria oculta presente e como sua pressão se distribui ao redor de um buraco negro.
Quando dois buracos negros colidem e se fundem, o buraco negro resultante ressoa como um sino, emitindo ondas gravitacionais com frequências específicas que se dissipam com o tempo. Esse padrão breve e evanescente de ondas é chamado de decaimento e poderia revelar segredos sobre o que se esconde ao redor dos buracos negros.
De acordo com as regras básicas de Einstein para o tipo mais simples de buraco negro, as ondas de decaimento dependem exclusivamente de dois fatores: a massa do buraco negro e sua velocidade de rotação. Mas os especialistas ainda se perguntam como descobrir o que acontece se os buracos negros tiverem matéria oculta ao seu redor. No entanto, se for esse o caso, essa matéria também afetaria as características das ondas de decaimento. Consequentemente, essas ondas poderiam conter informações sobre a matéria oculta que circunda o buraco negro. Na física teórica, essa estrutura adicional é frequentemente conhecida como “cabelo do buraco negro”.
No caso dos buracos negros em rotação, a matéria oculta afeta de maneira diferente o decaimento das ondas, dependendo se elas se movem no sentido da rotação do buraco negro ou na direção contrária. O estudo indica qual padrão no sinal das ondas gravitacionais seria um indício da presença de matéria oculta e poderia ajudar futuras observações a distinguir um buraco negro com matéria oculta de um buraco negro comum.
Os cientistas continuam testando se a teoria da relatividade geral de Einstein descreve perfeitamente os buracos negros e quais desvios podem existir. Encontrar indícios da presença de matéria extra nos buracos negros é difícil porque os diferentes tipos de matéria adicional ou a nova física podem alterar o decaimento do sinal de diversas maneiras. Este estudo oferece aos pesquisadores uma ideia mais clara de quais padrões procurar em futuros dados de decaimento.
“O ‘cabelo do buraco negro’ poderia representar matéria que circunda o buraco negro ou desvios em relação ao tipo mais simples de buraco negro previsto pela relatividade geral. Como esses desvios podem alterar ligeiramente o sinal de decaimento, detectá-los ou descartá-los poderia nos proporcionar uma nova maneira de testar a gravidade nessa região extrema”, comenta a primeira autora, Ariadna Uxue Palomino Ylla, aluna de doutorado da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Nagoya.
Um buraco negro distorce o espaço-tempo de forma tão drástica que desvia a trajetória da luz e das ondas gravitacionais. Se houver matéria oculta ou uma nova física que afete a gravidade, os efeitos seriam mais pronunciados justamente onde a gravidade é mais intensa. Isso torna os buracos negros o local ideal para descobrir se existe matéria oculta ou física desconhecida.
Para detectar a presença de “cabelo”, a equipe se baseou em uma relação conhecida. A órbita da luz próxima a um buraco negro corresponde ao comportamento de suas ondas de ressonância; portanto, os cientistas podem calcular uma a partir da outra. Eles adicionaram uma pequena quantidade de matéria oculta aos modelos padrão de buracos negros e utilizaram as equações de Einstein para calcular como essa matéria altera a frequência e a velocidade de decaimento das ondas de ressonância.
Os pesquisadores testaram esse método em três buracos negros teóricos bem conhecidos. Eles também o aplicaram a buracos negros em rotação e estudaram a luz que orbita na mesma direção da rotação e a luz que orbita na direção oposta.
Uma descoberta fundamental é que a frequência e a velocidade de atenuação das ondas de decaimento não variam da mesma maneira. A diferença entre elas depende da quantidade de matéria oculta presente e de como sua pressão se distribui ao redor do buraco negro.
“As ondas de decaimento não só poderiam indicar que algo adicional está afetando o buraco negro; a forma como o sinal se altera também poderia nos dar pistas sobre como essa matéria oculta realmente é”, acrescenta Palomino Ylla.
Os pesquisadores incluíram buracos negros em rotação em sua análise. A rotação complica os cálculos, já que a luz que orbita na mesma direção do buraco negro se comporta de maneira diferente da luz que orbita na direção oposta. A matéria oculta também alteraria a frequência da ressonância e a velocidade de decaimento de maneira diferente, dependendo da direção da rotação. O padrão exato depende do tipo de matéria oculta envolvida.
Em vez de estudar do zero cada tipo possível de filamento de buraco negro, o novo método oferece aos pesquisadores uma forma comum de prever como a matéria adicional ou a nova física poderiam alterar o sinal de um buraco negro. Embora os resultados sejam estimativas preliminares, esse método ajuda os cientistas a saber o que procurar caso detectem alguma anomalia no sinal de um buraco negro real. No futuro, essa abordagem poderá ajudar os pesquisadores a utilizar essas ondas para obter informações sobre o tamanho, o spin e quaisquer filamentos de buracos negros próximos.
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