Nos últimos 6 anos, observata³rios de ondas gravitacionais tem detectado fusaµes de buracos negros, verificando uma grande previsão da teoria da gravidade de Albert Einstein. Mas háum problema - muitos desses buracos negros são inesperadamente grandes. Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade do Havaa­ em Mānoa, da Universidade de Chicago e da Universidade de Michigan em Ann Arbor propa´s uma nova solução para este problema: os buracos negros crescem junto com a expansão do universo.

Desde a primeira observação de buracos negros em fusão pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) em 2015, os astrônomos tem sido repetidamente surpreendidos por suas grandes massas. Embora não emitam luz, as fusaµes dos buracos negros são observadas por meio da emissão de ondas gravitacionais - ondulações na estrutura do Espaço-tempo que foram previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein. Os fa­sicos esperavam originalmente que os buracos negros teriam massa inferior a cerca de 40 vezes a do Sol, porque os buracos negros em fusão surgem de estrelas massivas , que não podem se manter unidas se ficarem muito grandes.

Os observata³rios do LIGO e de Virgem, entretanto, encontraram muitos buracos negros com massas maiores do que a de 50 sãois, com alguns tão massivos quanto 100 sãois. Numerosos cenários de formação foram propostos para produzir tais buracos negros grandes, mas nenhum cena¡rio aºnico foi capaz de explicar a diversidade de fusaµes de buracos negros observadas atéagora, e não hácordo sobre qual combinação de cenários de formação éfisicamente via¡vel. Este novo estudo, publicado no Astrophysical Journal Letters , éo primeiro a mostrar que grandes e pequenas massas de buracos negros podem resultar de um aºnico caminho, em que os buracos negros ganham massa com a expansão do pra³prio universo .

Os astrônomos normalmente modelam buracos negros dentro de um universo que não pode se expandir. "a‰ uma suposição que simplifica as equações de Einstein porque um universo que não cresce tem muito menos para controlar", disse Kevin Croker, professor do Departamento de Fa­sica e Astronomia da Universidade de Manao. "Poranãm, háuma compensação: as previsaµes podem ser razoa¡veis ​​apenas por um período limitado de tempo."

Como os eventos individuais detecta¡veis ​​por LIGO - Virgem duram apenas alguns segundos, ao analisar qualquer evento aºnico, essa simplificação ésensata. Mas essas mesmas fusaµes estãopotencialmente ocorrendo hábilhaµes de anos. Durante o tempo entre a formação de um par de buracos negros e sua eventual fusão, o universo cresce profundamente. Se os aspectos mais sutis da teoria de Einstein forem considerados cuidadosamente, surge uma possibilidade surpreendente: as massas de buracos negros podem crescer em sincronia com o universo, um fena´meno que Croker e sua equipe chamam de acoplamento cosmola³gico.

O exemplo mais conhecido de material cosmologicamente acoplado éa própria luz, que perde energia a  medida que o universo cresce. "Pensamos em considerar o efeito oposto", disse o coautor da pesquisa e Professor de Fa­sica e Astronomia da UH Mānoa, Duncan Farrah. "O que LIGO-Virgem observaria se os buracos negros estivessem cosmologicamente acoplados e ganhassem energia sem precisar consumir outras estrelas ou gás?"

Para investigar essa hipa³tese, os pesquisadores simularam o nascimento, a vida e a morte de milhões de pares de grandes estrelas. Quaisquer pares em que ambas as estrelas morreram para formar buracos negros foram então associados ao tamanho do universo, comea§ando na hora de sua morte. Amedida que o universo continuava a crescer, as massas desses buracos negros cresciam a  medida que espiralavam em direção uma a  outra. O resultado não foi apenas buracos negros mais massivos quando se fundiram, mas também muito mais fusaµes. Quando os pesquisadores compararam os dados do LIGO-Virgem com suas previsaµes, eles concordaram razoavelmente bem. "Devo dizer que não sabia o que pensar no ina­cio", disse o coautor da pesquisa e professor da Universidade de Michigan, Gregory Tarlanã. "Foi uma ideia tão simples, fiquei surpreso por ter funcionado tão bem."

De acordo com os pesquisadores, esse novo modelo éimportante porque não requer nenhuma mudança em nosso entendimento atual da formação estelar, evolução ou morte. O acordo entre o novo modelo e nossos dados atuais vem simplesmente de reconhecer que buracos negros realistas não existem em um universo esta¡tico . Os pesquisadores tiveram o cuidado de enfatizar, no entanto, que o mistério do LIGO - os enormes buracos negros de Virgem estãolonge de ser resolvido.

"Muitos aspectos da fusão de buracos negros não são conhecidos em detalhes, como os ambientes de formação dominante e os intrincados processos fa­sicos que persistem ao longo de suas vidas", disse o coautor da pesquisa e bolsista do Hubble da NASA, Dr. Michael Zevin. "Embora tenhamos usado uma população estelar simulada que reflete os dados que temos atualmente, hámuito espaço de manobra. Podemos ver que o acoplamento cosmola³gico éuma ideia útil, mas ainda não podemos medir a força desse acoplamento."

O coautor da pesquisa e UH Mānoa Fa­sica e Astronomia Professor Kurtis Nishimura expressou seu otimismo para testes futuros desta nova ideia, "Como os observata³rios de ondas gravitacionais continuam a melhorar a sensibilidade ao longo da próxima década, o aumento da quantidade e qualidade dos dados permitira¡ uma nova análise técnicas. Isso serámedido em breve. "