Resumo:
Quando ocorre um evento astronômico extremo no universo, no qual dois buracos negros colidem e se fundem, o buraco negro maior e recém-formado tremerá como um sino de metal tocado ou uma corda de guitarra dedilhada, e liberará ondulações de ondas gravitacionais à medida que gradualmente se estabiliza. Durante muito tempo, a comunidade astronómica esteve limitada pelos métodos de observação e análise, e muitas vezes só consegue captar o tom principal mais alto, enquanto as reverberações fracas que o seguem ficam escondidas no ruído.
Recentemente, uma equipe de pesquisa da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, publicou seus últimos resultados na revista Physical Review Letters. Eles desenvolveram uma nova tecnologia que pode identificar e catalogar as características de “toque” das fusões de buracos negros com alta precisão, abrindo uma nova maneira de testar a teoria geral da relatividade de Einstein no ambiente gravitacional mais extremo do universo.
Na física, as vibrações características emitidas pelos buracos negros no estágio "Ringdown" após a colisão são chamadas de "Modos Quasinormais". Estas frequências de tremor são determinadas inteiramente pela massa e rotação do novo buraco negro, equivalente à “impressão digital de onda gravitacional” única do buraco negro. Ao medir com precisão estes padrões, os cientistas podem não só reconstruir as propriedades básicas dos buracos negros fundidos, mas também verificar a aplicabilidade da teoria de Einstein sob o limite de campos gravitacionais fortes. No entanto, além das vibrações de frequência fundamental, muitos harmônicos de atenuação rápida e mais fracos têm sido extremamente difíceis de identificar diretamente, e os círculos acadêmicos há muito discordam sobre o tempo de existência e a composição específica desses modos.
Para superar esse problema, o primeiro autor, Richard Dyer, do Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge, e seu colaborador, Dr. Christopher Moore, construíram uma estrutura de análise sistemática baseada em dados baseada na análise estatística bayesiana. Este método avalia sistematicamente vários tipos de evidências de dados para determinar a explicação fisicamente mais razoável e plausível para o sinal observado. A equipa de investigação aplicou esta tecnologia a um conjunto de dados públicos altamente precisos de simulações numéricas de fusões de buracos negros. No limite teórico que pode medir claramente as ondas gravitacionais, eles conduziram com sucesso uma investigação abrangente de vários modos de colisão de buracos negros sob diferentes proporções de massa e configurações de spin.
Os resultados da análise mostram que este método não apenas extraiu com sucesso a frequência fundamental do toque do buraco negro e os "sobretons" que desaparecem rapidamente (Overtones), mas também capturou com precisão o "modo não linear" que antes era difícil de encontrar. Este modo é uma vibração composta produzida pela interação de duas ou mais frequências fundamentais. O efeito físico é semelhante aos tons complexos tocados por uma guitarra elétrica sob forte distorção.
A equipe de pesquisa apontou que o estágio de queda do sino é uma das janelas mais poderosas para os humanos detectarem diretamente a natureza dos buracos negros. Esta nova tecnologia não só fornece uma referência teórica clara para resolver controvérsias de longa data no reconhecimento de padrões, mas também melhorará significativamente as capacidades de interpretação de dados dos detectores de ondas gravitacionais existentes (como o LIGO e o Virgo) e dos observatórios espaciais e terrestres da próxima geração (como o Telescópio Europeu Einstein e a missão LISA). Ao identificar as frequências precisas das formas de onda que devem ser procuradas em diferentes cenários de colisão, os físicos serão capazes de testar, numa escala de precisão mais exigente, se os produtos da fusão seguem estritamente as previsões das equações da relatividade geral.
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