25/01/2022 - 8:23
Uma equipe internacional de astrônomos descobriu um buraco negro diferente de qualquer outro. Com 100 mil massas solares, é menor que os buracos negros que encontramos nos centros das galáxias, mas maior que os buracos negros que nascem quando as estrelas explodem. Isso o torna um dos únicos buracos negros de massa intermediária confirmados, um objeto que há muito é procurado pelos astrônomos.
“Temos detecções muito boas dos maiores buracos negros de massa estelar até 100 vezes o tamanho do nosso Sol, e buracos negros supermassivos nos centros das galáxias que são milhões de vezes o tamanho do nosso Sol, mas não há qualquer medida de preto entre estes. Essa é uma grande lacuna”, disse o autor sênior Anil Seth, professor associado de astronomia da Universidade de Utah (EUA) e coautor de um estudo correspondente. “Esta descoberta preenche a lacuna.” O trabalho foi publicado na revista The Astrophysical Journal.
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O buraco negro estava escondido dentro de B023-G078, um enorme aglomerado estelar em nossa galáxia vizinha mais próxima, Andrômeda. Há muito B023-G078 é considerado um aglomerado globular de estrelas, mas os pesquisadores argumentam que, em vez disso, trata-se de um núcleo despojado. Núcleos despojados são remanescentes de pequenas galáxias que caíram em galáxias maiores e tiveram suas estrelas externas arrancadas por forças gravitacionais. O que resta é um núcleo minúsculo e denso orbitando a galáxia maior e, no centro desse núcleo, um buraco negro.
“Anteriormente, encontramos grandes buracos negros em núcleos massivos e despojados que são muito maiores do que B023-G078. Sabíamos que deve haver buracos negros menores em núcleos de massa mais baixa, mas nunca houve evidência direta”, disse a autora principal, Renuka Pechetti, da Liverpool John Moores University (Reino Unido), que iniciou a pesquisa na Universidade de Utah. “Acho que este é um caso bastante claro de que finalmente encontramos um desses objetos.”
Palpite de décadas
B023-G078 era conhecido como um aglomerado de estrelas globular massivo – uma coleção esférica de estrelas fortemente ligadas pela gravidade. No entanto, houve apenas uma única observação do objeto que determinou sua massa total, cerca de 6,2 milhões de massas solares. Durante anos, Seth teve a sensação de que era outra coisa.
“Eu sabia que o objeto B023-G078 era um dos objetos mais massivos de Andrômeda e pensei que poderia ser um candidato a um núcleo despojado. Mas precisávamos de dados para provar isso. Estávamos aplicando em vários telescópios para obter mais observações por muitos e muitos anos e minhas propostas sempre falharam”, disse Seth. “Quando descobrimos um buraco negro supermassivo dentro de um núcleo despojado em 2014, o Observatório Gemini nos deu a chance de explorar a ideia.”
Com seus novos dados observacionais do Observatório Gemini e imagens do Telescópio Espacial Hubble, Pechetti, Seth e sua equipe calcularam como a massa foi distribuída dentro do objeto modelando seu perfil de luz. Um aglomerado globular apresenta um perfil de luz característico que tem a mesma forma perto do centro que nas regiões externas. B023-G078 é diferente. A luz no centro é redonda e depois fica mais plana movendo-se para fora. A composição química das estrelas também muda, com mais elementos pesados nas estrelas no centro do que perto da borda do objeto.
“Aglomerados globulares de estrelas se formam basicamente ao mesmo tempo. Em contraste, esses núcleos despojados podem ter episódios repetidos de formação, onde o gás cai no centro da galáxia e forma estrelas. E outros aglomerados de estrelas podem ser arrastados para o centro pelas forças gravitacionais da galáxia”, disse Seth. “É uma espécie de depósito para um monte de coisas diferentes. Então, estrelas em núcleos despojados serão mais complicadas do que em aglomerados globulares. E foi isso que vimos em B023-G078.”
Encaixe nos dados
Os pesquisadores usaram a distribuição de massa do objeto para prever a velocidade com que as estrelas deveriam se mover em qualquer local dentro do aglomerado e compararam com seus dados. As estrelas de maior velocidade estavam orbitando em torno do centro. Quando eles construíram um modelo sem incluir um buraco negro, as estrelas no centro eram muito lentas em comparação com suas observações. Quando adicionaram o buraco negro, obtiveram velocidades que correspondiam aos dados. O buraco negro aumenta a evidência de que esse objeto é um núcleo despojado.
“As velocidades estelares que estamos obtendo nos dão evidências diretas de que há algum tipo de massa escura bem no centro”, disse Pechetti. “É muito difícil para aglomerados globulares formar grandes buracos negros. Mas se estiver em um núcleo despojado, então já deve haver um buraco negro presente, deixado como um remanescente da galáxia menor que caiu na maior.”
Os pesquisadores esperam observar mais núcleos despojados que podem conter buracos negros de massa mais intermediária. Esta é uma oportunidade para aprender mais sobre a população de buracos negros nos centros de galáxias de baixa massa e aprender sobre como as galáxias são construídas a partir de blocos de construção menores.
“Sabemos que grandes galáxias se formam geralmente a partir da fusão de galáxias menores, mas esses núcleos despojados nos permitem decifrar os detalhes dessas interações passadas”, disse Seth.
