Dissonância no “soar” de buracos negros finalmente explicada.

Um cientista da Universidade Metropolitana de Tóquio resolveu o antigo problema de uma “dissonância” nas ondas gravitacionais emitidas por um buraco negro. Usando cálculos de alta precisão e um novo arcabouço teórico da física, foi descoberto que a dissonância era causada pela ressonância entre um par de “modos” distintos — ou seja, diferentes maneiras pelas quais um buraco negro pode “vibrar”. O fenômeno oferece novas perspectivas para o nascente campo da espectroscopia de buracos negros.

Buracos negros são objetos astrofísicos tão densos que nem mesmo a luz consegue escapar de sua atração gravitacional. Apesar de sua presença impressionante no cosmos, foi apenas na última década que começamos a entender melhor seu comportamento. Isso graças ao advento da astronomia de ondas gravitacionais, em que esforços globais de detecção, liderados pela colaboração LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser), Virgo e KAGRA (Detector de Ondas Gravitacionais de Kamioka), tornaram possível detectar as perturbações criadas pelos buracos negros no tecido do espaço-tempo.

Agora, físicos teóricos enfrentam a tarefa hercúlea de tentar compreender as ondas gravitacionais emitidas por buracos negros, trabalhando a partir de modelos teóricos. Um desses esforços foi o cálculo realizado em 1997 por um estudante de pós-graduação, Hisashi Onozawa, do Instituto de Tecnologia de Tóquio (atualmente Instituto de Ciência de Tóquio), que descobriu uma irregularidade curiosa no comportamento esperado dessas ondas.

Assim como o som emitido por um sino vibrando, esperava-se que as ondas gravitacionais fossem compostas por uma combinação de “modos”, ou seja, diferentes sons resultantes das diversas formas de vibração do buraco negro. Esses modos deveriam variar de maneira suave e previsível. No entanto, os cálculos revelaram uma “dissonância” intrigante, onde um modo específico se comportava de maneira completamente diferente dos demais. Na época, suspeitou-se de erro de cálculo ou de um artefato, mas, mesmo com o avanço dos computadores, o resultado permaneceu um mistério não resolvido.

Agora, após trinta anos, o Professor Associado Hayato Motohashi, da Universidade Metropolitana de Tóquio (anteriormente afiliado à Universidade Kogakuin), resolveu esse problema usando cálculos de alta precisão e o nascente campo teórico da física não-Hermitiana. Analisando de perto o comportamento dos modos, ele descobriu que a dissonância não era isolada a um único modo, mas resultava da interação ressonante entre dois modos.

Na verdade, ao examinar vários modos, percebeu-se que esse tipo de interação não é um evento raro, mas algo que ocorre universalmente em uma variedade de modos.

Por meio de uma série de análises teóricas, essa ressonância entre modos em buracos negros foi demonstrada como sendo um exemplo de uma ampla gama de fenômenos físicos, não apenas na astrofísica, mas também na física óptica, considerando ondas eletromagnéticas em vez de ondas gravitacionais.

A aplicação interdisciplinar de uma nova abordagem teórica marca o nascimento do novo campo da física gravitacional não-Hermitiana, desbloqueando o verdadeiro potencial de experimentos em escala global, como a colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, que estão cada vez mais ativos.

A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters.