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Buracos negros médios comem estrelas ‘como crianças bagunceiras’

Traduzido por Julio Batista
Original de Amanda Morris para a Universidade do Noroeste

Se eles existirem, os buracos negros de massa intermediária provavelmente devoram estrelas errantes como uma criança bagunceira – dando algumas mordidas e depois jogando os restos pela galáxia – descobriu um novo estudo conduzido pela Universidade do Noroeste, EUA.

Em novas simulações de computador em 3D, os astrofísicos modelaram buracos negros de massas variadas e depois lançaram estrelas (aproximadamente do tamanho do nosso Sol) próximos deles para ver o que poderia acontecer.

Quando uma estrela se aproxima de um buraco negro de massa intermediária, ela inicialmente fica presa na órbita do buraco negro, descobriram os pesquisadores. Depois disso, o buraco negro começa sua longa e violenta refeição. Cada vez que a estrela dá uma volta, o buraco negro dá uma mordida – canibalizando ainda mais a estrela a cada passagem. Eventualmente, nada resta a não ser o núcleo disforme e incrivelmente denso da estrela.

Nesse ponto, o buraco negro ejeta os restos. O remanescente da estrela voa através da galáxia.

Essas novas simulações não apenas sugerem comportamentos desconhecidos de buracos negros de massa intermediária, mas também fornecem aos astrônomos novas pistas para ajudar a finalmente identificar esses gigantes ocultos em nosso céu noturno.

“Obviamente não podemos observar buracos negros diretamente porque eles não emitem luz”, disse Fulya Kıroğlu, da Universidade do Noroeste, que liderou o estudo. “Então, em vez disso, temos que olhar para as interações entre os buracos negros e seus ambientes. Descobrimos que as estrelas passam por vários estágios antes de serem ejetadas. Após cada estágio, elas perdem mais massa, causando um sinal de luz à medida que se desfazem. Em cada sinal, o brilho é mais brilhante que o anterior, criando uma assinatura que pode ajudar os astrônomos a encontrá-los.”

Assista a um buraco negro de massa intermediária mordiscar uma estrela errante e depois jogar as sobras pela galáxia. (Créditos: Fulya Kıroğlu/Universidade do Noroeste)

Kıroğlu apresentará esta pesquisa durante a sessão virtual da reunião de abril da Sociedade de Física Americana (APS, na sigla em inglês). O Astrophysical Journal aceitou o estudo para publicação.

Embora os astrofísicos tenham provado a existência de buracos na faixa de massa baixa e supermassiva, os buracos negros de massa intermediária permaneceram um mistério. Criados quando as supernovas colapsam, os buracos negros estelares remanescentes têm cerca de 3 a 10 vezes a massa do nosso Sol. No outro extremo do espectro, os buracos negros supermassivos, que se escondem nos centros das galáxias, têm de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol.

Se existissem, os buracos negros de massa intermediária se encaixariam em algum lugar no meio – 10 a 10.000 vezes mais massivos que os buracos negros estelares remanescentes, mas não tão massivos quanto os buracos negros supermassivos. Embora esses buracos negros de massa intermediária teoricamente devam existir, os astrofísicos ainda precisam encontrar evidências observacionais indiscutíveis.

Uma estrela (ponto laranja brilhante à direita) voando pela galáxia após ser ejetada de um buraco negro de massa intermediária (pequeno anel à esquerda). (Créditos: Fulya Kiroglu/Universidade do Noroeste)

“A presença deles ainda é debatida”, disse Kıroğlu. “Os astrofísicos descobriram evidências de que eles existem, mas essas evidências geralmente podem ser explicadas por outros mecanismos. Por exemplo, o que parece ser um buraco negro de massa intermediária pode na verdade ser o acúmulo de buracos negros de massa estelar.”

Para explorar o comportamento desses objetos evasivos, Kıroğlu e sua equipe desenvolveram novas simulações hidrodinâmicas. Primeiro, eles criaram um modelo de estrela, consistindo de muitas partículas. Em seguida, enviaram a estrela em direção ao buraco negro e calcularam a força gravitacional que atuava nas partículas durante a aproximação da estrela.

“Podemos calcular especificamente qual partícula está ligada à estrela e qual partícula foi perturbada (ou não está mais ligada à estrela)”, disse Kıroğlu.

Por meio dessas simulações, Kıroğlu e sua equipe descobriram que as estrelas podem orbitar um buraco negro de massa intermediária até cinco vezes antes de finalmente serem ejetadas. A cada passagem ao redor do buraco negro, a estrela perde mais e mais de sua massa à medida que é dilacerada. Então, o buraco negro cospe para longe as sobras – movendo-se em velocidades alucinantes – de volta para a galáxia. O padrão repetitivo criaria um impressionante show de luzes que ajudaria os astrônomos a reconhecer – e provar a existência de – buracos negros de massa intermediária.

“É incrível que a estrela não seja totalmente dilacerada”, disse Kıroğlu. “Algumas estrelas podem ter sorte e sobreviver ao evento. A velocidade de ejeção é tão alta que essas estrelas podem ser identificadas como estrelas de hipervelocidade, que foram observadas nos centros das galáxias.”

Em seguida, Kıroğlu planeja simular diferentes tipos de estrelas, incluindo estrelas gigantes e estrelas binárias, para explorar suas interações com buracos negros.