Quando você toca um sino com um martelo, ele toca por algum tempo depois, à medida que o metal vibrante continua a ressoar. E, como se vê, quando você atinge um buraco negro com outro buraco negro, algo semelhante ocorre - apenas em vez de ondas sonoras, o recém-formado buraco negro envia ondas gravitacionais que se propagam pelo Universo.
Essas ondas gravitacionais são como um acorde, um emaranhado de notas. Codificado nestes, de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein , deve haver informações sobre a massa e o giro do buraco negro.
Agora, em um novo teste de relatividade, uma equipe de astrônomos descobriu como tocar notas individuais no acorde - ou melhor, frequências nas ondas gravitacionais - e, pela primeira vez, detectou dois deles - algo isso era impossível com a nossa tecnologia atual.
Você pode ficar surpreso ao saber que, de acordo com a relatividade geral, eles foram capazes de medir a massa e o giro do buraco negro.
E eles também foram capazes de inferir que essas eram as únicas propriedades detectáveis do buraco negro - apoiando o teorema no-hair que afirma que, também como na relatividade geral, os buracos negros só podem ser caracterizados por massa e rotação (todas as outras propriedades sendo o cabelo").
"Todos esperamos que a relatividade geral esteja correta, mas esta é a primeira vez que a confirmamos dessa maneira", disse o físico Maximiliano Isi, do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial Kavli, do MIT.
"Esta é a primeira medida experimental que consegue testar diretamente o teorema do não-pêlo. Isso não significa que os buracos negros não poderiam ter cabelo. Significa a imagem de buracos negros sem cabelo que vivem por mais um dia".
A colisão em questão foi a primeira já detectada, GW 150914 , em setembro de 2015. Os cientistas traduziram as ondas gravitacionais em ondas sonoras, produzindo um sinal de "chirp"; aqui está o que isso soa:
Assim como os dois buracos negros se fundem em um, há um período muito breve em que o novo buraco negro oscila, emitindo ondas gravitacionais mais fracas. Isso é chamado de ringdown, e os cientistas haviam assumido que seria muito fraco detectar ou analisar após o pico da onda gravitacional no momento da colisão.
Anteriormente, o astrofísico Matthew Giesler, da Caltech e seus colegas, haviam determinado , por meio de simulações, que logo após o pico das ondas gravitacionais, o período de aterrissagem incluía uma cacofonia de "conotações" - tons altos e de curta duração. Ao analisar um chilrear de colisão no contexto de conotações, a equipe pôde isolar uma "assinatura" tocante do novo buraco negro.
Isi e sua equipe pegaram esse trabalho e o aplicaram ao GW 150914, concentrando-se no momento logo após o pico do chilrear. E eles foram capazes de isolar a assinatura do toque - mesmo identificando dois tons distintos, correspondentes a frequências vibracionais distintas do novo buraco negro.
"Esse foi um resultado muito surpreendente. A sabedoria convencional era que, quando o buraco negro remanescente se acalmasse para que qualquer tom pudesse ser detectado, as conotações decairiam quase completamente", disse o astrofísico teórico Saul Teukolsky, da Universidade de Cornell .
"Em vez disso, verifica-se que as conotações são detectáveis antes que o som principal se torne visível."
Einstein previu que o tom e o decaimento dos tons no corte de uma colisão de um buraco negro seria um produto direto da massa e rotação do novo buraco negro. A equipe foi capaz de medir o tom e a deterioração dos dois tons, o que, por sua vez, lhes permitiu sondar as propriedades do buraco negro.
A massa e o giro calculados a partir do tom e decaimento dos tons combinavam com as medições anteriores dessas duas propriedades - demonstrando que a detecção das conotações do ringdown de um buraco negro pode ser realizada hoje, com métodos atuais - o que significa que a tecnologia futura pode ser ainda maior ainda.
"No futuro, teremos melhores detectores na Terra e no espaço, e poderemos ver não apenas dois, mas dezenas de modos, e definir suas propriedades com precisão", disse Isi .
"Se não são buracos negros, como Einstein prevê, se são objetos mais exóticos, como buracos de minhoca ou estrelas de bóson , eles podem não tocar da mesma maneira e teremos a chance de vê-los."
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