Física

GW150914: o LIGO capta a fusão de dois buracos negros de cerca de 36 e 29 massas solares

Publicado em 13/10/2026 · Última alteração em 13/10/2026

Assuntos: Estrelas

Em 14 de setembro de 2015, os dois detectores do LIGO, nos EUA, registraram um sinal que sobe de 35 a 250 Hz e casa com a previsão da relatividade geral para a fusão de dois buracos negros, de cerca de 36 e 29 massas solares, num buraco negro de cerca de 62. A fonte está a cerca de 410 megaparsecs, uns 1,3 bilhão de anos-luz. Foi a primeira detecção direta de ondas gravitacionais.

Uma onda gravitacional é uma deformação do espaço-tempo que se propaga à velocidade da luz e surge quando massas aceleram; a relatividade geral a previu em 1916. Dois buracos negros em órbita perdem energia nessas ondas, aproximam-se e giram mais depressa, até se fundirem num só, que vibra e se acalma (fase chamada ringdown). O LIGO é um par de interferômetros a laser, em Hanford (Washington) e Livingston (Louisiana), que compara o comprimento de dois braços perpendiculares de 4 km. A grandeza medida é a deformação (strain), a variação relativa de comprimento. A prova indireta anterior, do pulsar de Hulse e Taylor, tem post próprio; aqui o foco é o que o primeiro sinal direto mostrou.

Visto antes do início oficial

O sinal chegou dias antes de a primeira campanha de observação começar oficialmente, logo depois de uma atualização dos detectores. O anúncio público só veio em 11 de fevereiro de 2016.

O que o formato do sinal revela

O sinal dura cerca de 0,2 s na faixa em que o detector é mais sensível: em cerca de 8 ciclos, frequência e amplitude crescem de 35 a 150 Hz, onde a amplitude é máxima. É o chirp (gorjeio) típico de dois corpos que se aproximam. A taxa de subida da frequência dá a massa de chirp, uma combinação das duas massas, de cerca de 30 massas solares, o que implica massa total de pelo menos cerca de 70 no referencial do detector. A 75 Hz de frequência orbital, dois corpos assim estariam a apenas 350 km: só buracos negros são compactos o bastante.

Como um laser mede 4 × 10⁻¹⁸ m

Cada detector tem dois braços perpendiculares de 4 km. Uma onda gravitacional estica um braço e encolhe o outro, e a diferença altera a luz do laser que volta ao ponto de encontro. No pico do GW150914, a deformação foi de cerca de 10⁻²¹, o que, vezes 4 km, dá uma variação de cerca de 4 × 10⁻¹⁸ m, aproximadamente 1/200 do raio de um próton. Cavidades ópticas nos braços multiplicam por 300 o efeito sobre a fase da luz.

Como sabemos que não foi ruído nem erro

Ruído pode imitar um sinal, então o artigo mede a chance disso. Os dados de um detector são deslocados no tempo, por intervalos bem maiores que o tempo de viagem da onda entre os sítios, e a busca é refeita para contar quantas coincidências o ruído gera sozinho. Em cerca de 608 mil anos equivalentes de dados, nenhum evento de fundo igualou o sinal; daí o falso alarme de menos de 1 em 203 mil anos. Sensores ambientais nada registraram de parecido, e duas buscas independentes o encontraram.

Números revistos, localização e o que o sinal não diz

Em junho de 2016, a análise foi repetida depois de corrigir erros pequenos numa transformação de coordenadas, e só a energia total irradiada mudou em relação ao artigo de fevereiro; continua em torno de 3 massas solares. Com só dois detectores, a fonte ficou num anel de cerca de 610 graus quadrados do céu. O artigo apenas lista duas rotas previstas para formar tais pares (binárias isoladas ou encontros em ambientes densos). Qual delas atuou neste caso, o sinal sozinho não responde.

Como sabemos

Os números centrais vêm do artigo da detecção lido por inteiro e do comunicado do Nobel, e os artigos de apoio concordam; a distância e a comparação com a vida na Terra são estimativas atribuídas à fonte.

• Fato estabelecido: Em 14 de setembro de 2015, às 09:50:45 UTC, os dois detectores do LIGO observaram simultaneamente um sinal transitório de ondas gravitacionais, a primeira detecção direta desse tipo de onda e a primeira observação de uma fusão de buracos negros. O sinal apareceu dias antes do início oficial da primeira campanha de observação, e o anúncio público veio em 11 de fevereiro de 2016. [1] Resumo [2] Seção Cosmic chirps
  Contexto: Evento observado pelos detectores de Hanford (Washington) e Livingston (Louisiana), nos EUA. · Limitações: "Primeira" vale para detecção direta de ondas gravitacionais; a prova indireta anterior veio do pulsar de Hulse e Taylor. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: O sinal sobe em frequência de 35 a 250 Hz; em cerca de 0,2 s e 8 ciclos, frequência e amplitude crescem de 35 a 150 Hz, onde a amplitude é máxima. A forma de onda coincide com a que a relatividade geral prevê para a espiral, a fusão de dois buracos negros e o amortecimento ("ringdown") do buraco negro resultante. [1] Resumo
  Contexto: Sinal medido nos dois detectores do LIGO. · Limitações: A comparação com a relatividade geral usa modelos de forma de onda calculados com relatividade numérica; a frequência de 250 Hz é o máximo citado no resumo, e 150 Hz é onde a amplitude atinge o pico. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Previstas por Einstein em 1916, as ondas gravitacionais viajam à velocidade da luz e são geradas quando uma massa acelera. Num par de buracos negros em órbita, elas levam energia embora, os dois se aproximam e giram cada vez mais depressa, até que seus horizontes se tocam e sobra um único buraco negro, que se acalma ("ringdown"). O artigo atribui a evolução do sinal à espiral de duas massas em órbita por emissão de ondas gravitacionais. [1] II. Observation [2] Seção Gravitational waves reveal the past
  Contexto: Descrição geral da relatividade para fusões de buracos negros; a física geral das ondas gravitacionais fica em outro núcleo. · Limitações: A descrição popular do Nobel simplifica: o artigo de 2016 chama a explicação de "a mais plausível" para esse sinal e a confirma pelas verificações de consistência. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Só buracos negros são compactos o bastante para explicar o sinal: a massa de chirp (combinação das duas massas, tirada da taxa de subida da frequência) é de cerca de 30 massas solares, a massa total é de pelo menos cerca de 70 no referencial do detector, e dois corpos dessa massa só chegariam à frequência orbital de 75 Hz (metade da do sinal) a cerca de 350 km de distância um do outro. Um par de estrelas de nêutrons não tem essa massa. [1] II. Observation
  Contexto: Estimativa preliminar feita a partir dos dados do sinal, antes da análise bayesiana completa. · Limitações: Valores aproximados do próprio artigo; "objetos conhecidos" significa que a conclusão vale entre os candidatos que a física conhece. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: As análises dão cerca de 36 e 29 massas solares para os dois buracos negros antes da fusão, e cerca de 62 massas solares para o buraco negro final. Cerca de 3 massas solares viraram energia irradiada em ondas gravitacionais, em poucas décimas de segundo, e por esse instante o brilho em ondas gravitacionais superou muitas vezes a luz somada de todas as estrelas do universo visível. [2] Seção Cosmic chirps [4] Introduction
  Contexto: Massas no referencial da fonte, medianas com intervalo de credibilidade de 90% no artigo original; o Nobel arredonda os valores. · Limitações: Os valores são os do artigo de 2016. A conta 36 + 29 - 62 = 3 massas solares é nossa e bate com a energia citada. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Estimativa: A fonte está a uma distância de luminosidade de cerca de 410 megaparsecs, cerca de 1,3 bilhão de anos-luz. A onda levou mais de 1 bilhão de anos para chegar, e a fusão ocorreu quando a vida na Terra passava de unicelular a multicelular, segundo o comunicado do Nobel. [2] Seção The signal arrived immediately [4] Introduction
  Contexto: Distância medida só a partir da amplitude do sinal, com cosmologia padrão. · Limitações: A distância de luminosidade (410 Mpc, com incerteza grande no artigo original) não é igual à distância percorrida pela luz; a conversão para anos-luz vem do Nobel. A associação com a origem da vida multicelular é um comentário do comunicado, não do artigo. · Estimativa com intervalo de credibilidade de 90% bastante largo no artigo original; a distância de luminosidade depende da amplitude e da orientação do sistema. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: No pico do sinal, a distância entre as massas de teste do detector variou cerca de 4 × 10⁻¹⁸ m, algo como 1/200 do raio de um próton. Esse número é o produto da deformação (strain, variação relativa de comprimento) de cerca de 10⁻²¹ pelo comprimento de 4 km dos braços. [1] Resumo [4] Introduction
  Contexto: Valor de pico no evento GW150914 em um dos detectores. · Limitações: O produto 1,0 × 10⁻²¹ × 4 km = 4 × 10⁻¹⁸ m é conta nossa (fator: 4000 m); o artigo dos detectores traz o mesmo valor e a comparação com o próton. · Conferida na fonte (resumo), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Cada detector é um interferômetro de Michelson modificado, que mede a deformação como diferença de comprimento entre dois braços perpendiculares de 4 km; cavidades ópticas nos braços multiplicam por 300 o efeito da onda sobre a fase da luz. Os dois detectores ficam em Hanford e Livingston, a 3 mil km um do outro: a onda passou primeiro por Livingston e cerca de 7 ms depois chegou a Hanford. [1] III. Detectors [2] Seção The signal arrived immediately
  Contexto: Detectores Advanced LIGO na primeira campanha de observação. · Limitações: O artigo dá a diferença de chegada como 6,9 ms (intervalo de 90%); o Nobel arredonda para 7 ms. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Ruído pode imitar um sinal, e o artigo mede a chance disso por deslocamento temporal: os dados de um detector são deslocados por intervalos grandes comparados com o tempo de viagem da onda entre os sítios, e a busca é refeita para ver quantas coincidências o ruído sozinho produz. Nenhum evento de fundo igualou o sinal em cerca de 608 mil anos equivalentes de dados, o que dá falso alarme de menos de 1 evento em 203 mil anos, razão sinal-ruído de 24 e significância acima de 5,1 sigma. Duas buscas independentes, uma com modelos de onda e outra sem modelo, o encontraram. [1] V. Searches
  Contexto: Análise de 16 dias de dados coincidentes, de 12 de setembro a 20 de outubro de 2015. · Limitações: Com nenhum evento de fundo tão forte, só há um limite superior para o falso alarme. A técnica de deslocamento tende a superestimar o ruído, o que torna a significância conservadora, segundo o artigo. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Os pesquisadores investigaram se o sinal poderia ser artefato do instrumento ou do ambiente e não acharam evidência disso: nenhum dos sensores ambientais (sismômetros, microfones, magnetômetros e outros) registrou perturbação que evoluísse no tempo e na frequência como o sinal, e todas as flutuações ambientais no segundo do evento foram pequenas demais para explicar mais de 6% da amplitude. [1] IV. Detector validation
  Contexto: Detectores em operação estável por várias horas ao redor do evento. · Limitações: A checagem exclui artefatos conhecidos e medidos; não é prova de ausência de qualquer causa instrumental desconhecida. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: O sinal passou em testes de consistência com a relatividade geral: massa e spin finais deduzidos da fase inicial e da fase tardia da coalescência são consistentes entre si, e não há evidência de violação da teoria nos coeficientes da fase da espiral. [1] VI. Source discussion
  Contexto: Um único evento, com dois detectores, na primeira campanha. · Limitações: Ausência de desvio num evento limita, mas não exclui, teorias alternativas. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Com apenas os dois detectores do LIGO operando (Virgo estava em atualização), a posição da fonte ficou restrita a um anel de cerca de 610 graus quadrados, sobretudo no hemisfério sul do céu. [3] Resumo
  Contexto: Localização da análise de junho de 2016. · Limitações: A área vem do artigo "Properties of the Binary Black Hole Merger GW150914"; lido o resumo e a introdução. · Conferida na fonte (resumo), conferência automatizada
• Evidência forte: O evento mostrou que existem buracos negros de massa estelar acima de cerca de 25 massas solares e que buracos negros binários se formam e se fundem em menos de um tempo de Hubble. O artigo diz que o buraco negro final era mais massivo do que qualquer outro de massa estelar inferido até então por observações eletromagnéticas, e lista duas rotas previstas de formação: binárias isoladas ou encontros em ambientes densos. [1] VI. Source discussion [3] Resumo
  Contexto: Afirmação datada de 2016; a comparação com observações eletromagnéticas era a da época. · Limitações: O sinal não indica por si só qual das duas rotas de formação deu origem a este par (leitura nossa a partir do texto). · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: A análise de junho de 2016 repetiu o cálculo depois de corrigir erros pequenos numa transformação de coordenadas; o único valor diferente do artigo de fevereiro foi a energia total irradiada, que continua em torno de 3 massas solares. Os números de massa e distância são medianas com intervalos de credibilidade de 90%. [1] Resumo [3] I. Introduction
  Contexto: Revisão publicada em junho de 2016, após o artigo da detecção. · Limitações: Os intervalos numéricos não entram nesta página porque os símbolos se perdem na extração automática dos PDFs; ver artigos para os valores completos. · Conferida na fonte (resumo), conferência automatizada

Fontes

1. Physical Review Letters 116, 061102 — Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
   Abbott, B. P. et al. (LIGO Scientific Collaboration e Virgo Collaboration) · 2016-02-11 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1103/PhysRevLett.116.061102
2. Royal Swedish Academy of Sciences / NobelPrize.org — The Nobel Prize in Physics 2017. Popular science background: Cosmic chirps
   Royal Swedish Academy of Sciences (Nobel Committee for Physics) · 2017-10-03 · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026
3. Physical Review Letters 116, 241102 — Properties of the Binary Black Hole Merger GW150914
   Abbott, B. P. et al. (LIGO Scientific Collaboration e Virgo Collaboration) · 2016-06-14 · Artigo científico original · lido só o resumo · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1103/PhysRevLett.116.241102
4. Physical Review Letters 116, 131103 — GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of First Discoveries
   Abbott, B. P. et al. (LIGO Scientific Collaboration e Virgo Collaboration) · 2016 · Artigo científico original · lido só o resumo · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1103/PhysRevLett.116.131103

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