A maior colisão de buracos negros já detectada desafia teorias sobre sua formação

Quando o silêncio do espaço-tempo se rompeu

Em 23 de novembro de 2023, os instrumentos de ondas gravitacionais mais sensíveis da Terra registaram uma breve mas intensa ondulação no espaço-tempo. O sinal era tão invulgar que os investigadores continuaram a estudá-lo durante meses — e quando os resultados foram revelados em meados de julho de 2025, subverteram as expectativas sobre como nascem os buracos negros estelares mais massivos.

O que foi detectado

Por que isto é um problema para a teoria padrão

Durante décadas, os modelos de evolução estelar previram uma lacuna no espectro de massa dos buracos negros. Espera-se que estrelas muito massivas que, nominalmente, produziriam buracos negros entre aproximadamente 60 e 130 massas solares, sofram, em vez disso, um processo de instabilidade de par que ejeta grande parte da massa da estrela ou a explode inteiramente, não deixando nenhum remanescente compacto. Esse intervalo teórico tem sido chamado de “lacuna de massa por instabilidade de par”.

Como poderiam formar-se buracos negros tão massivos e de rotação rápida?

• Fusões hierárquicas: Em ambientes densos como aglomerados globulares ou os centros povoados de aglomerados estelares jovens, os buracos negros podem fundir-se repetidamente. Cada fusão produz um remanescente mais pesado, muitas vezes com rotação rápida, que pode mais tarde encontrar outro parceiro. Repetir esse processo ao longo de gerações pode construir objetos dentro e acima da lacuna de massa.
• Alimentação dentro de um núcleo galáctico ativo (AGN): Buracos negros massivos que orbitam dentro do disco gasoso denso em torno de um buraco negro supermassivo podem acritar gás e migrar, aumentando de massa antes de se fundirem. Esse ambiente também pode alinhar ou desalinhar as rotações de formas complexas, produzindo as altas rotações observadas no GW231123.
• Canais exóticos ou revisões da física estelar: Alguns modelos propõem modificações na forma como a instabilidade de par opera — talvez devido a diferentes metalicidades, rotação ou mistura nas estrelas progenitoras — o que poderia permitir a formação direta de remanescentes mais pesados do que se pensava anteriormente.

Cada cenário tem pontos fortes e fracos. As rotações muito elevadas medidas para o GW231123 favorecem uma origem hierárquica na qual fusões anteriores aumentaram o momento angular. Mas os canais hierárquicos também tendem a aleatorizar as direções de rotação ao longo das gerações, o que pode deixar assinaturas na forma de onda gravitacional que são mais difíceis de confirmar dada a brevidade deste sinal.

Por que os dados são difíceis de interpretar

Como os dois buracos negros em fusão eram tão massivos, os detetores captaram apenas os instantes finais da sua aproximação em espiral e fusão — cerca de um décimo de segundo. Isso significa menos ciclos de ondas gravitacionais e menos informação para determinar parâmetros como a razão de massa, orientação e ângulos de inclinação da rotação. Diferentes modelos de forma de onda usados para inferir as propriedades do sistema não concordam perfeitamente, introduzindo incertezas sistemáticas nas estimativas de massa e rotação.

Essas diferenças de modelação são importantes: se uma família de formas de onda prefere massas ou rotações ligeiramente diferentes de outra, a interpretação astrofísica — se os componentes estão realmente na lacuna de massa ou, em vez disso, a delimitam — pode mudar. A colaboração tem sido, portanto, conservadora quanto à precisão reivindicada e está a realizar trabalhos de acompanhamento em formas de onda melhoradas e análises independentes.

Onde isto se encaixa no quadro geral

O GW231123 segue-se a detetações anteriores de ondas gravitacionais que sugeriam buracos negros pesos-pesados inesperados. O primeiro buraco negro de massa intermédia claro formado a partir de um sistema binário, o GW190521 em 2019–2020, já tinha desafiado os modelos. Reanálises de dados de arquivo do LIGO também revelaram eventos candidatos que produziriam remanescentes de massa intermédia, sugerindo que podemos estar a ver uma população anteriormente oculta.

A evidência de múltiplas fusões pesadas tem consequências amplas. Afeta a nossa compreensão de como as primeiras gerações de estrelas viveram e morreram, a dinâmica dentro de aglomerados estelares densos e o papel dos ambientes galácticos gasosos. Também fornece uma via empírica para construir buracos negros de massa intermédia — uma ponte há muito procurada entre buracos negros de massa estelar e supermassivos.

O que acontece a seguir

Os investigadores irão refinar as estimativas de parâmetros utilizando modelos de forma de onda mais sofisticados, simulações de relatividade numérica direcionadas e códigos independentes de estimativa de parâmetros. Técnicas de aprendizagem automática e reanálises de dados arquivados também continuarão a revelar candidatos a fusões de pesos-pesados, o que ajudará a construir confiança estatística na população.

Uma tensão e uma nova oportunidade

O GW231123 não é apenas mais uma entrada num catálogo crescente de descobertas de ondas gravitacionais. É um desafio: um ponto de dados que pressiona contra uma fronteira teórica e força os astrofísicos a alargar ou substituir parte da história padrão. Quer a resposta resida em colisões repetidas dentro de aglomerados povoados, em buracos negros famintos que engolem gás em núcleos galácticos ou numa revisão da física da morte estelar, a descoberta abre uma nova janela sobre como a natureza constrói os objetos compactos mais pesados.

Por enquanto, o sinal é uma recordação marcante do valor científico de ouvir o universo em ondas gravitacionais — e de que alguns dos segredos mais interessantes do cosmos chegam como um sussurro breve e poderoso.

James Lawson é um repórter de investigação de ciência e tecnologia da Dark Matter. Possui um mestrado em Comunicação de Ciência e uma licenciatura em Física pela University College London.