Colisões entre buracos negros ajudam a medir o Universo

Um buraco preto é normalmente onde a informação vai para vanescer — mas os cientistas podem ter encontrado um truque para usar os seus últimos momentos e assim nos relatar mais sobre a história do Universo.

Num novo estudo, dois astrofísicos da Universidade de Chicago estabeleceram um método de uma vez que utilizar pares de buracos negros em colisão para medir a rapidez da expansão do Universo — e assim compreender uma vez que o Universo evoluiu, de que é feito e qual será o seu porvir.

Em privado, os cientistas pensam que a novidade técnica, a que chamam de “sirene espectral”, pode ser capaz de nos proferir mais sobre os elusivos anos da “puberdade” do Universo.

Uma régua cósmica

Um grande debate científico em curso é exatamente a rapidez com que o Universo se está a expandir — um valor chamado regular de Hubble. Os diferentes métodos disponíveis até agora produzem respostas ligeiramente diferentes, e os cientistas estão ansiosos por encontrar formas alternativas de medir oriente parâmetro.

A verificação da precisão deste número é principalmente importante porque afeta a nossa compreensão de questões fundamentais uma vez que a idade, a história e a formação do Universo.

O novo estudo fornece uma maneira de fazer oriente conta, usando detetores especiais que captam os ecos cósmicos das colisões de buracos negros.

Ocasionalmente, dois buracos negros colidem um com o outro — um evento tão poderoso que cria literalmente uma ondulação no espaço-tempo e que viaja através do Universo. Cá na Terreno, o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) nos EUA e o Observatório Virgo na Itália podem captar essas ondulações, que são chamadas ondas gravitacionais.

Ao longo dos últimos anos, o LIGO e o Virgo recolheram as leituras de quase 100 colisões entre pares de buracos negros.

O sinal de cada colisão contém informações sobre quão massivos eram os buracos negros. Mas o sinal percorre distâncias enormes e durante esse tempo o Universo expandiu-se, o que muda as propriedades do sinal.

“Por exemplo, se pegássemos num buraco preto e o colocássemos mais cedo no Universo, o sinal mudaria e pareceria um buraco preto maior do que realmente é”, explicou o astrofísico Daniel Holz, um dos dois autores do item científico.

Se os cientistas conseguirem desenredar uma forma de medir uma vez que esse sinal mudou, podem calcular o ritmo de expansão do Universo. O problema é a calibração: uma vez que é que eles sabem o quanto mudou em relação ao original?

No seu novo trabalho, Holz e o primeiro responsável Jose María Ezquiaga sugerem que podem utilizar os nossos novos conhecimentos sobre toda a população de buracos negros uma vez que um instrumento de calibração.

Por exemplo, as evidências atuais sugerem que a maioria dos buracos negros detetados têm entre cinco e 40 vezes a volume do nosso Sol.

“Assim, medimos as massas dos buracos negros próximos e compreendemos as suas características, e depois olhamos para mais longe e vemos o quanto esses buracos negros mais distantes parecem ter mudado”, disse Ezquiaga. “E isto dá-nos uma mensuração da expansão do Universo”.

Os autores chamam-lhe o método da “sirene espectral”, uma novidade abordagem ao método da “sirene padrão” que Holz e colaboradores desenvolveram (o nome é uma referência aos métodos de “vela padrão” também utilizados em astronomia).

Os cientistas estão entusiasmados porque no porvir, à medida que as capacidades do LIGO crescem, o método pode proporcionar uma janela única para os anos “adolescentes” do Universo — há tapume de 10 milénio milhões de anos – que são difíceis de estudar com outros métodos.

Os investigadores podem usar o fundo cósmico de micro-ondas para olhar para os primeiros momentos do Universo, e podem olhar à volta de galáxias próximas da nossa Via Láctea para estudar a história mais recente do Universo. Mas o período intermédio é mais difícil de inferir, e é uma extensão de privativo interesse científico.

“Foi por volta dessa quadra que passámos da material escura uma vez que força preponderante no Universo para a robustez escura, pelo que estamos muito interessados em estudar esta transição sátira”, disse Ezquiaga.

A outra vantagem deste método, disseram os autores, é que há menos incertezas criadas por lacunas no nosso conhecimento científico.

“Utilizando toda a população de buracos negros, o método pode calibrar-se a si próprio, identificando e corrigindo diretamente os erros”, disse Holz.

Os outros métodos utilizados para calcular a regular de Hubble dependem da nossa compreensão atual da física das estrelas e das galáxias, que envolve muita física e astrofísica complexas. Isto significa que as medições podem ser um tanto ou quanto desajustadas caso exista alguma coisa que ainda não sabemos.

Em contraste, oriente novo método que recorre aos buracos negros baseia-se quase exclusivamente na teoria da sisudez de Einstein, teoria científica esta que está muito estudada e que se tem levantado contra todas as formas que os cientistas têm usado para a testar até à data.

Quanto mais leituras tiverem de todos os buracos negros, mais precisa será esta calibração. “Precisamos, de preferência, de milhares destes sinais, o que deveremos ter dentro de alguns anos, e ainda mais na próxima dez ou duas”, disse Holz. “Nessa profundidade, será um método incrivelmente poderoso para aprender mais sobre o Universo”.