Pela primeira vez, um buraco negro solitário foi encontrado vagando pela Via Láctea

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O evento de microlente gravitacional MOA-11-191/OGLE-11-0462 observado pelo Hubble. Tradução da imagem: maio (may), agosto (aug), setembro (sep) e outubro (oct). Créditos: Sahu et al., arXiv, 2022.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Como uma grande peneira, a Via Láctea deve estar absolutamente repleta de buracos negros.

De acordo com nossas melhores estimativas, deve haver de 10 milhões a 1 bilhão de buracos negros de massa estelar por aí, vagando pacificamente e silenciosamente pela galáxia. Há apenas um problema quando se trata de contá-los: a menos que eles consigam capturar algum material de passagem em seu campo gravitacional, eles são basicamente invisíveis.

Invisível não significa indetectável, no entanto. Pela primeira vez, uma equipe internacional de cientistas conseguiu detectar um buraco negro solitário vagando de boas a pouco menos de 5.200 anos-luz de distância. Sua descoberta, ainda a ser revisada por pares, foi enviada ao servidor de pré-publicação arXiv.

Como eles fizeram isso? Bem, como não temos atualmente (e talvez nunca teremos) as ferramentas para sondar um buraco negro diretamente, temos que observar seus efeitos no espaço ao seu redor. Para um buraco negro quiescente, esse efeito é gravitacional. E porque o campo gravitacional de um buraco negro é tão extremo, ele distorce qualquer luz que possa viajar através dele.

Então, quando algo invisível ampliou a luz de uma estrela distante, tornando-a estranhamente mais brilhante, os astrônomos sabiam que provavelmente havia um campo gravitacional do qual ela atravessava.

Esse fenômeno é chamado de microlente gravitacional, e o usamos para identificar objetos pequenos e escuros que, de outra forma, seriam muito difíceis de serem detectados por nossos telescópios. Mas esta é a primeira vez que vemos um buraco negro solitário.

“Relatamos a primeira detecção inequívoca e medição de massa de um buraco negro de massa estelar isolado”, escreveu uma equipe de astrônomos liderada por Kailash Sahu, do Space Telescope Science Institute. “Mostramos que a lente não emite luz detectável, o que, além de ter uma massa maior do que a possível para uma anã branca ou estrela de nêutrons, confirma sua natureza de buraco negro”.

A microlente gravitacional ocorre quando um objeto com um campo gravitacional passa quase exatamente na frente de uma estrela distante.

Esse campo gravitacional causa uma curvatura do espaço-tempo; quando a luz viaja através do campo gravitacional, ela segue essa curvatura, fazendo com que seu caminho se “curve” efetivamente. Isso aumenta a luz e também muda levemente a posição aparente da estrela distante.

Eventos anteriores de microlentes levaram à detecção de exoplanetas e estrelas cujo brilho era muito fraco para serem vistas. Experimentos criados para monitorar o céu detectam milhares de eventos de microlentes todos os anos; a maioria deles são estrelas se movendo na frente de outras estrelas, o que não é surpreendente, considerando o tanto de estrelas que existem por aí.

Em 2 de junho de 2011, dois levantamentos de microlentes separados – o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) – registraram independentemente um evento que acabou atingindo o pico em 20 de julho.

Este evento, chamado MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (abreviado para MOA-11-191/OGLE-11-0462, porque é muita coisa – e continua sendo mesmo abreviado), foi notável. Não só foi extraordinariamente longo, cerca de 270 dias, mas também mostrou uma ampliação extraordinariamente alta. Como os eventos de alta ampliação são sensíveis a perturbações, como pode ser visto quando um planeta orbita o objeto da lente, os cientistas convergiram para fazer observações de acompanhamento e realizar análises.

As observações da região foram feitas em oito ocasiões diferentes usando o Telescópio Espacial Hubble, até 2017. Munidos com esses dados, Sahu e sua equipe começaram a processar números e descobriram que o melhor ajuste para os dados era um buraco negro, não uma estrela.

Na verdade, eles foram capazes de fazer medições do buraco negro. As mudanças observadas na luz da estrela distante permitiram que a equipe calculasse sua massa e movimento. O buraco negro, descobriram eles, tem uma massa cerca de 7,1 vezes a massa do Sol. Isso tornaria seu horizonte de eventos em torno de apenas 42 quilômetros de diâmetro.

Reserve um momento para refletir sobre isso e se maravilhar. Os cientistas foram capazes de detectar um objeto invisível com menos de um décimo do comprimento do Grand Canyon a mais de 5.000 anos-luz de distância, estudando a mudança de luz de uma estrela ainda mais distante. Isso é incrível pra caramba.

E é aqui que fica ainda mais legal. A equipe calculou o quão rápido esse objeto está se movendo pela Via Láctea: 45 quilômetros por segundo. Isso o torna não apenas um buraco negro antigo, mas um buraco negro errante.

Provavelmente foi ejetado para o espaço quando sua estrela precursora explodiu em uma supernova. Se tal explosão de supernova for desigual, a força desigual pode lançar o núcleo colapsado da estrela para o espaço, no que chamamos de chute natal. Já vimos essas estrelas antes: a anã branca LP 40-365 e o pulsar PSR J0002+6216 são dois exemplos.

Um estudo de 2019 descobriu que pode haver milhões de buracos negros chutados em seus nascimentos em alta velocidade ao redor da Via Láctea. Seria bastante legal se MOA-11-191/OGLE-11-0462 fosse um deles.

É possível que o objeto esteja à deriva em uma região de alta densidade do espaço. Trabalhos futuros, disseram os pesquisadores, podem envolver o uso de telescópios de raios-X sensíveis para determinar se o suposto buraco negro está acumulando algum material do meio interestelar ao seu redor.

Além disso, futuros instrumentos poderão detectar buracos negros de massa estelar ainda mais isolados. Assim que uma população for descoberta e estudada, poderemos usar esses dados para aprender mais sobre o MOA-11-191/OGLE-11-0462 e os buracos negros que habitam a Via Láctea em geral.

A pesquisa da equipe foi submetida ao The Astrophysical Journal e está disponível no arXiv.