A pesquisa foi realizada por Rodrigo Vicente, Theophanes K. Karydas e Gianfranco Bertone do Instituto de Física (IoP) da UvA e do centro de excelência GRAPPA para Gravitação e Física de Astropartículas de Amsterdã. Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters. No estudo, a equipe apresenta um método mais avançado para calcular como a matéria escura ao redor de buracos negros altera sutilmente as ondas gravitacionais que esses sistemas produzem.

Inspirais de Razão de Massa Extrema e Sinais Gravitacionais Longos

O estudo concentra-se em uma classe de sistemas conhecidos como inspirais de razão de massa extrema, ou EMRIs. Esses eventos ocorrem quando um objeto pequeno e denso — como um buraco negro formado pelo colapso de uma única estrela — orbita um buraco negro muito maior, geralmente localizado no centro de uma galáxia. Com o tempo, o objeto menor espiraliza gradualmente para dentro, emitindo ondas gravitacionais ao longo desse lento descenso.

Missões espaciais futuras, incluindo a antena espacial LISA da Agência Espacial Europeia, programada para ser lançada em 2035, devem observar esses sinais por períodos muito longos. Alguns eventos EMRI podem ser acompanhados por meses ou até anos, cobrindo centenas de milhares a milhões de órbitas individuais. Quando os cientistas conseguem modelar esses sinais com alta precisão, os dados resultantes atuam como “impressões digitais cósmicas” detalhadas que revelam como a matéria está disposta perto de buracos negros massivos. Isso inclui a matéria escura, que se acredita constituir a maior parte da matéria no Universo.

Por que um Modelo Totalmente Relativístico é Importante

Antes que observatórios como a LISA comecem a coletar dados, os pesquisadores precisam entender antecipadamente quais tipos de padrões de ondas gravitacionais devem esperar e como interpretá-los. Até agora, muitos estudos usaram modelos simplificados que apenas descrevem de maneira aproximada como o ambiente circundante influencia os EMRIs. Segundo os autores, essas aproximações deixam de fora efeitos físicos importantes.

O novo trabalho aborda essa limitação ao introduzir a primeira estrutura totalmente relativística para uma ampla gama de possíveis ambientes. Isso significa que os cálculos se baseiam inteiramente na teoria da gravidade de Einstein, em vez de aproximações simplificadas de Newton. Como resultado, o modelo pode descrever com mais precisão como a matéria ao redor de um buraco negro massivo altera a órbita do objeto menor e altera as ondas gravitacionais que são emitidas.

Picos de Matéria Escura e Impressões Detectáveis

Um foco central do estudo são as regiões densas de matéria escura que podem se formar ao redor de buracos negros massivos. Essas concentrações são frequentemente referidas como “picos” ou “montes”. Ao incorporar seu modelo relativístico nas cálculos modernos de formas de onda gravitacionais, os pesquisadores demonstram que tais estruturas de matéria escura deixariam assinaturas distintas e mensuráveis nos sinais detectados por futuros observatórios.

Os autores descrevem esta pesquisa como um passo essencial em direção a um objetivo científico maior. Com o tempo, eles esperam que as ondas gravitacionais possam ser usadas para mapear como a matéria escura está distribuída por todo o Universo e fornecer novas percepções sobre sua natureza fundamental.