Em janeiro do ano passado, os astrônomos definitivamente observaram um pela primeira vez buraco negro engoliu uma estrela morta como um corvo devorando um atropelado.

Então, dez dias depois, eles viram o mesmo ato de saque repetido em outro setor distante do cosmos.

Esses triunfos, relatados em um artigo publicado terça-feira no Astrophysical Journal Letters, são os mais recentes no campo incipiente da astronomia gravitacional, que captura o alongamento e encurtamento literal do espaço-tempo causado por alguns dos eventos mais catastróficos do universo.

“É a primeira vez que realmente vimos uma estrela de nêutrons e um buraco negro colidindo em qualquer lugar do universo”, disse Patrick Brady, professor de física da Universidade de Wisconsin-Milwaukee, porta-voz da Colaboração Científica LIGO.

Os astrônomos suspeitavam da existência de pares de buracos negros e estrelas de nêutrons. Mas até que eles vissem essas colisões, essas suposições não foram confirmadas. A descoberta ajuda a expandir nosso conhecimento sobre os sistemas estelares binários que povoam o universo, ao mesmo tempo que questiona por que os astrônomos nunca viram tal par em nossa galáxia, a Via Láctea.

Há mais de 20 anos o LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – busca por esse estrondo, uma previsão de Teoria geral da relatividade de Einstein. Durante anos, os feixes de laser no observatório, um em Hanford, Washington, o outro em Livingston, LA, não detectaram nada.

Em setembro de 2015, ambos os locais serão operados pela LIGO assisti ao sonido longamente esperado das ondas gravitacionais.

Essas ondas foram criadas pela colisão de dois buracos negros de tamanho estelar – perfurações na estrutura do espaço-tempo que ocorrem quando as estrelas mais massivas explodem como uma supernova no final de sua vida. Os dois buracos negros orbitavam um ao outro e giravam cada vez mais perto até que finalmente se fundiram em um.

Dois anos depois, o LIGO descobriu a colisão de duas estrelas de nêutrons – os restos queimados de estrelas que são mais massivas do que o Sol, mas não grandes o suficiente para colapsar em buracos negros. Essas colisões criam a maior parte do ouro e da prata do universo, e vários telescópios detectaram partículas de luz, desde ondas de rádio a raios-X, emanando dessa explosão.

Os astrônomos esperavam há muito tempo encontrar uma estrela de nêutrons orbitando um buraco negro, mas em quase meio século de buscas em nossa Via Láctea, eles nunca encontraram uma. “Então, nós realmente tínhamos essa pergunta misteriosa”, disse o Dr. Brady. “Por que não vimos um sistema de buraco negro de estrela de nêutrons?”

As novas observações das ondas gravitacionais provam que esses pares existem, embora longe da Via Láctea. A primeira detecção de uma estrela de nêutrons fundida a um buraco negro foi em 5 de janeiro de 2020. As instalações de Hanford, Washington, estavam temporariamente desligadas, então o sinal foi detectado em Livingston, Louisiana.

Ao estudar as mudanças de frequência das ondas gravitacionais, os astrofísicos foram capazes de determinar as propriedades dos objetos que colidem nos confins do universo.

O buraco negro tinha 7,4 a 10,1 vezes a massa do Sol; a estrela de nêutrons era menor, mas ainda tinha cerca de duas vezes a massa da estrela que orbita nosso mundo. A colisão ocorreu a cerca de 900 milhões de anos-luz da Terra.

Em 15 de janeiro de 2020, o site Hanford estava operacional novamente, e todos os três instrumentos descobriram a segunda colisão de um buraco negro e uma estrela de nêutrons. Isso estava um pouco mais longe. Ambos os objetos eram um pouco mais leves. A estrela de nêutrons tinha cerca de 1,5 vezes a massa solar e o buraco negro entre 3,6 e 7,5 vezes a massa solar.

Em contraste com a colisão de duas estrelas de nêutrons em 2017, os telescópios não conseguiram detectar nenhuma partícula de luz das explosões. Os buracos negros parecem ter sido grandes o suficiente para engolir as estrelas de nêutrons rapidamente, reduzindo a probabilidade de emissões detectáveis.

Alessandra Buonanno, diretora do Instituto Max Planck de Física Gravitacional em Potsdam e membro da equipe científica do LIGO, disse que as colisões foram geralmente o que eles esperavam. “Não é algo que você diria de uma forma surpreendentemente inesperada”, disse ela.

Os astrofísicos não conseguiram ver nenhum sinal de que os buracos negros estão destruindo as estrelas de nêutrons antes de engoli-las. As forças de maré de um buraco negro em uma estrela de nêutrons indicariam o diâmetro da estrela de nêutrons, que por sua vez indicaria do que ela é feita.

Porém, à medida que mais colisões são observadas, padrões emergem e aumenta a probabilidade de ver mais detalhes.

“Se você encontrou um sistema em que o buraco negro era um pouco menor, os efeitos das marés na estrela de nêutrons serão maiores antes de ela se fundir com o buraco negro”, disse o Dr. Brady. “E assim pode destruir a estrela de nêutrons em suas órbitas finais.”

Dr. Brady disse que uma das questões restantes era por que nenhum par de nêutrons de buraco negro foi encontrado na Via Láctea. É possível que as técnicas de busca não estivessem totalmente corretas, ou talvez os pares estejam se fundindo rapidamente e não haja nenhum em nossa galáxia. “Esta é realmente uma questão em aberto agora”, disse ele.

O VIRGO está passando por atualizações que aumentarão sua sensibilidade. A próxima rodada de observação por LIGO e VIRGO deve começar em junho do próximo ano, no mínimo. Um terceiro detector de ondas gravitacionais está online no Japão, e outro instrumento LIGO está sendo planejado na Índia.