Quando os investigadores analisam as deteções de buracos negros em fusão feitas por observatórios de ondas gravitacionais, utilizam modelos e estatísticas para fazer inferências cuidadosas acerca da população de buracos negros no nosso Universo.
Num artigo científico recente, investigadores exploraram se uma tendência emergente nos dados de ondas gravitacionais é real ou um artefacto de anteriores métodos de análise.
Impressão de artista de dois buracos negros prestes a colidirem.Crédito: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
Uma nova janela para o Universo
A deteção, em 2015, de ondas gravitacionais provenientes da fusão de buracos negros pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), deu aos cientistas uma nova forma de investigar os buracos negros. Ao analisar as ondulações no espaço-tempo resultantes da colisão de buracos negros, os investigadores esperam compreender como é que estes objetos se formaram (através do colapso de estrelas massivas ou de fusões sucessivas de buracos negros já existentes?) e como é que vieram a existir em sistemas binários (por pertencerem primeiro a um sistema binário estelar ou por se formarem sozinhos e se ligarem a outro buraco negro mais tarde?).
Ilustração da primeira fusão de buracos negros detetada pelo LIGO.Crédito: Aurore Simmonet (Universidade Estatal de Sonoma)
Um resultado potencial que surgiu das várias análises de sinais de ondas gravitacionais é que as rotações efetivas e os rácios das massas de buracos negros binários em fusão parecem estar anticorrelacionados. Mas, tal como acontece com todos os resultados que são extraídos, delicadamente e estatisticamente, de conjuntos complexos de dados, é importante perguntar se esta é uma característica real dos dados, com implicações reais para a forma como os buracos negros binários são "montados", ou se é um resultado dos modelos ou das análises estatísticas.
Investigação estatística
Christian Adamcewicz (Universidade Monash e OzGrav) e colaboradores abordaram esta questão aplicando um novo tratamento estatístico às deteções de fusões de buracos negros. Este tratamento apresenta um novo modelo para a rotação efetiva e permite a existência de uma subpopulação de buracos negros binários com rotação efetiva nula, que ainda não foi descartada e que pode ter um impacto ainda não tido em conta.
A equipa aplicou o seu modelo populacional ao terceiro catálogo de sinais de ondas gravitacionais dos detetores LIGO e Virgo e utilizou métodos estatísticos Bayesianos para extrair as propriedades da população global de buracos negros. Descobriram que a anticorrelação anteriormente relatada entre a rotação efetiva e o rácio de massa é provavelmente real, descartando a possibilidade de não haver correlação com uma probabilidade de 99,7%.
Topo: as rotações dos buracos negros estão alinhadas com o momento angular orbital do sistema (rotação efetiva positiva). Em baixo: as rotações dos buracos negros estão desalinhadas com o momento angular orbital do sistema (rotação efetiva negativa).Crédito: Kerry Hensley
Mais trabalho, um paradoxo e possibilidades astrofísicas
Adamcewicz e colaboradores reconhecem que este trabalho não fornece um veredicto final sobre esta questão (como afirmam, "o trabalho de um modelador nunca está terminado") e que outros efeitos estatísticos têm de ser eliminados. Uma possibilidade que persiste é que este resultado se deve ao paradoxo de amalgamação, que surge quando as tendências presentes em diferentes factores desaparecem ou se invertem quando os factores são tidos em conjunto.
Se a anticorrelação observada resistir a um exame estatístico mais aprofundado, vários fenómenos astrofísicos poderão ser responsáveis por este efeito: a grande transferência de massa entre estrelas progenitoras de buracos negros, estrelas que evoluem dentro de um invólucro comum e que acretam matéria a um ritmo elevado, ou mesmo sistemas de buracos negros binários situados dentro dos discos de acreção de NGAs (núcleos galácticos ativos), fenómenos estes que devem ser todos investigados com os futuros modelos da população de buracos negros.
Fonte: Astronomia OnLine
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