A3 Fusão Binária Compacta

Tópico

O elemento central deste modelo é o par de objetos compactos que se fundem em um só.

Dois objetos compactos — estrelas de nêutrons, buracos negros ou uma combinação de ambos — em órbita mútua perdem energia orbital ao irradiar ondas gravitacionais. Essa perda de energia diminui a separação entre os dois objetos e essa menor separação, por sua vez, aumenta a intensidade com que eles irradiam, fechando um ciclo de auto-reforço: menos separação produz mais radiação e mais radiação produz ainda menos separação, até que inevitavelmente termine na fusão dos dois objetos em um só.

A frequência da onda gravitacional emitida durante essa espiral final sempre segue o dobro da frequência orbital do próprio par, de modo que ambas as frequências crescem juntas, cada vez mais rapidamente, nos momentos finais que antecedem a fusão.

A amplitude dessa onda, ao atingir a Terra, diminui com a distância que separa a Terra da fonte e aumenta com a massa do sistema e com a velocidade dos corpos em fusão. Mesmo assim, essa amplitude é tão pequena que detectá-la exige medir, nos braços de um interferômetro com vários quilômetros de comprimento, uma variação de comprimento muito menor que o tamanho de um núcleo atômico. Dois buracos negros de trinta massas solares cada, orbitando com uma separação de apenas um décimo de uma unidade astronômica, levariam milhões de anos para se fundirem espontaneamente, confirmando que os eventos de fato detectados são apenas o estágio final de uma espiral muito mais longa e muito mais lenta. Assim, do par de objetos compactos com o qual este documento começa até o estágio final detectado com o qual termina, passando pelo ciclo de auto-reforço e pela frequência de onda ligada à frequência orbital, a fusão de binárias compactas faz com que milhões de anos de uma órbita silenciosa sejam resolvidos, em seus momentos finais, em uma fração de segundo de fusão catastrófica.

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