De acordo com um novo estudo, os buracos negros mais massivos do Universo, detectados pelas ondulações que provocam no espaço-tempo, não nasceram directamente do colapso de estrelas. Em vez disso, estes gigantes cósmicos formam-se através de uma série de colisões repetidas e extremamente violentas em enxames estelares muito densos, argumenta uma equipa internacional de investigadores.

A cerca de 28.000 anos-luz de distância, o enxame globular M80 alberga centenas de milhares de estrelas unidas pela gravidade. Ambientes densamente povoados como este podem contribuir para o crescimento dos buracos negros através de fusões sucessivas.
Crédito: NASA, ESA, STScI e A. Sarajedini (Universidade da Flórida)

O estudo, liderado pela Universidade de Cardiff, com investigadores de Chicago, da Northwestern, de Oxford e de outras universidades na Europa, analisou a versão 4.0 do GWTC (Gravitational-Wave Transient Catalogue) da Colabração LIGO-Virgo-KAGRA, que contém 153 detecções de fusões de buracos negros com fiabilidade suficiente.

A equipa pretendia testar a ideia de que os buracos negros mais massivos no GWTC-4 são objectos de “segunda geração”, formados quando buracos negros anteriores se fundiram e depois se fundiram novamente nos núcleos densos de enxames estelares, onde as estrelas podem estar agrupadas até um milhão de vezes mais densamente do que na vizinhança do Sol. As suas descobertas, publicadas na revista Nature Astronomy, investigam as origens dos buracos negros mais massivos detectados pelas suas ondas gravitacionais, revelando duas populações distintas.

“A astronomia de ondas gravitacionais já não se limita a contar fusões de buracos negros”, explica o autor principal, Dr. Fabio Antonini, da Faculdade de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff. “Está a começar a revelar como os buracos negros crescem, onde crescem e o que isso nos diz sobre a vida e a morte das estrelas massivas. Isto é excitante porque podemos usar essa informação para testar a nossa compreensão de como as estrelas e os enxames evoluem no Universo”.

Nos dados de ondas gravitacionais, a equipa identificou uma população de menor massa consistente com o colapso estelar comum; e uma população de maior massa cujas rotações parecem-se exactamente com as esperadas de fusões hierárquicas em enxames estelares densos.

Verificou-se que as rotações dos buracos negros de baixa massa eram muito lentas – tal como seria de esperar de um colapso estelar. A massa de transição entre as duas populações emerge muito claramente dos dados das rotações: para massas acima desse valor, verificou-se que as rotações eram consistentes com o que seria de esperar de orientações aleatórias no espaço e tinham magnitudes muito maiores.

O estudo também apresenta as evidências mais sólidas até à data da existência de uma “lacuna de massa”, em que estrelas extremamente massivas explodem de forma catastrófica em vez de colapsarem para formar buracos negros. A teoria, há muito prevista, descreve um intervalo “proibido” de massa para buracos negros formados directamente a partir de estrelas, em que se espera que estrelas muito massivas sejam destruídas antes de poderem formar buracos negros.

A equipa identifica este intervalo numa população de buracos negros de origem estelar com 45 vezes a massa do Sol ou mais, o que significa que buracos negros mais massivos do que isso não podem ter-se formado exclusivamente a partir de estrelas moribundas.

O co-autor Dr. Yonadav Barry Ginat, bolseiro em Oxford, comenta: “Os enxames estelares densos são um ambiente que pode permitir a formação de objectos de segunda geração da forma exacta necessária para produzir a distribuição da rotação, e também produzir buracos negros na lacuna de massa naturalmente.

“Existe também uma característica clara na distribuição de massas que surge nesta massa de transição: a curvatura da distribuição altera-se, reflectindo a ausência de buracos negros de ‘primeira geração’ e a proeminência emergente dos de segunda geração. Descobrimos que esta alteração da curvatura é exactamente o que seria de esperar se estes buracos negros proviessem, de facto, de enxames densos”.

// Universidade de Cardiff (comunicado de imprensa)
// Universidade de Oxford (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

CCVALG
12.05.2026

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