Astrônomos detectam buraco negro raro do ‘elo perdido’ em nosso vizinho galáctico mais próximo

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A galáxia de Andrômeda. Créditos: Adam Evans / Flickr.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Um tesouro raro que poderia esclarecer a evolução dos buracos negros foi descoberto no grande vizinho galáctico mais próximo da Via Láctea.

Em um aglomerado de estrelas na galáxia de Andrômeda, também conhecida como M31, astrônomos estudaram mudanças na luz para identificar um buraco negro com quase 100.000 vezes a massa do Sol. Isso coloca o monstrengo diretamente na categoria de “massa intermediária” – uma tipo de buraco negro tanto indescritível quanto altamente procurado pelos astrônomos pelas questões que pode responder.

“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 quaisquer medições de buracos negros entre esses tamanhos”, disse o astrônomo e autor sênior do estudo Anil Seth, da Universidade de Utah, nos Estados Unidos. “Essa é uma grande lacuna. Esta descoberta preenche a lacuna”.

Aglomerado globular B023-G78 na galáxia de Andrômeda. Créditos: Pechetti et al., The Astrophysical Journal, 2022.

Buracos negros são bichos muito complicados. A menos que estejam acumulando matéria ativamente, um processo que gera radiação incrivelmente brilhante, eles não emitem luz que possamos detectar. Isso faz com que encontrá-los seja uma questão de trabalho de detetive, observando o que está acontecendo no espaço ao redor.

Uma dessas pistas para a presença de um buraco negro é a órbita dos objetos ao seu redor.

A maioria dos buracos negros que detectamos, usando uma variedade de métodos, se enquadra em duas faixas de massa. Existem os buracos negros de massa estelar, até cerca de 100 vezes a massa do Sol; e buracos negros supermassivos, que se formam em uma faixa mínima de cerca de um milhão de vezes a massa do Sol (e podem ficar incrivelmente pesados a partir daí).

No meio está uma faixa classificada como intermediária, e dizer que as detecções desses buracos negros são raras é um eufemismo.

Até o momento, o número de detecções de BNMI (buracos negros de massa intermediária) permanece incrivelmente baixo. Isso é algo bem frustrante; sem buracos negros de massa intermediária, os cientistas lutam para solucionar como duas categorias de massa extremamente diferentes podem coexistir.

Uma população sólida de buracos negros na faixa de massa intermediária pode nos ajudar a preencher a lacuna, oferecendo um mecanismo pelo qual os buracos negros de massa estelar podem se transformar em gigantes.

Isso nos leva a Andrômeda; especificamente, um aglomerado globular de estrelas dentro de Andrômeda chamado B023-G078.

B023-G078 é o aglomerado estelar mais massivo da galáxia, um aglomerado de estrelas mais ou menos esférico e gravitacionalmente ligado, com 6,2 milhões de massas solares.

Uma maneira que esses aglomerados podem se formar, de acordo com os modelos, é quando uma galáxia engloba outra. Este é um fenômeno muito comum; a Via Láctea fez isso várias vezes, assim como Andrômeda. Aglomerados globulares podem ser o que resta dos núcleos galácticos de galáxias menores que são subsumidas por outras maiores, por buracos negros e tudo mais.

Esse fenômeno é o que a equipe – liderada pela autora principal e astrônoma Renuka Pechetti, da Universidade John Moores de Liverpool, no Reino Unido – acha que é a história de origem do B023-G078.

Eles estudaram o conteúdo metálico do aglomerado, com base em assinaturas sutis na luz que emite, e determinaram que ele tem uma idade de cerca de 10,5 bilhões de anos, com uma metalicidade semelhante à de outros núcleos galácticos despojados da Via Láctea.

Eles então estudaram a maneira como as estrelas se movem ao redor do centro do aglomerado para tentar calcular a massa do buraco negro que deveria estar nele. Isso retornou um resultado de cerca de 91.000 massas solares, o que constitui cerca de 1,5% da massa do aglomerado.

Isso sugere que a galáxia-mãe de B023-G078 era uma galáxia anã, com cerca de um bilhão de massas solares. A massa da Grande Nuvem de Magalhães – uma galáxia anã que orbita a Via Láctea – foi calculada em 188 bilhões de massas solares, e Andrômeda é estimada em cerca de 1,5 trilhão de massas solares.

É possível que algo mais explique as observações, mas nenhuma das alternativas exploradas pela equipe se encaixa nos dados tão bem quanto um buraco negro de massa intermediária.

“Sabíamos que devia haver buracos negros menores em núcleos de massa mais baixa, mas nunca houve evidência direta”, disse Pechetti. “Acho que este é um caso bastante claro de que finalmente encontramos um desses objetos”.

As descobertas são relatadas no The Astrophysical Journal.