Um buraco negro errante vagando pela nossa galáxia pode ter acabado de ser confirmado

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Ilustração de um buraco negro de massa estelar errante. (Créditos: FECYT, IAC)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

A primeira detecção do que parece ser um buraco negro vagando pela Via Láctea, revelada no início deste ano, acaba de receber uma validação importante.

Uma segunda equipe de cientistas, conduzindo uma análise separada e independente, chegou quase à mesma descoberta, acrescentando peso à ideia de que potencialmente identificamos um buraco negro vagando pela galáxia.

Liderado pelos astrônomos Casey Lam e Jessica Lu, da Universidade da Califórnia, Berkeley (EUA), o novo trabalho chegou a uma conclusão ligeiramente diferente. Dada a faixa de massa do objeto, pode ser uma estrela de nêutrons, em vez de um buraco negro, de acordo com o novo estudo.

De qualquer forma, porém, isso significa que podemos ter uma nova ferramenta para procurar objetos compactos e ‘escuros’ que são indetectáveis ​​​​em nossa galáxia, medindo a maneira como seus campos gravitacionais distorcem a luz de estrelas distantes à medida que passam na frente delas, chamado microlente gravitacional.

“Este é o primeiro buraco negro errante ou estrela de nêutrons descoberto com microlente gravitacional”, disse Lu.

“Com a microlente, podemos sondar esses objetos solitários e compactos e analisá-los. Acho que abrimos uma nova janela para esses objetos escuros, que não podem ser vistos de outra maneira.”

Os buracos negros são teoricamente os núcleos colapsados ​​de estrelas massivas que chegaram ao fim de suas vidas e ejetaram seu material externo. Acredita-se que essas estrelas precursoras de buracos negros – com mais que 30 vezes a massa do Sol – tenham vidas relativamente curtas.

De acordo com nossas melhores estimativas, portanto, deve haver de 10 milhões a 1 bilhão de buracos negros errantes de massa estelar por aí, vagando pacificamente e silenciosamente pela galáxia.

Mas os buracos negros são chamados de buracos negros por uma razão. Eles não emitem luz que possamos detectar, a menos que material esteja caindo sobre eles, um processo que gera raios-X do espaço ao redor do buraco negro. Então, se um buraco negro está apenas vagando, sem fazer nada, quase não temos como detectá-lo.

Quase. O que um buraco negro tem é um campo gravitacional extremo, tão poderoso que distorce qualquer luz que o atravesse. Para nós, como observadores, isso significa que podemos ver uma estrela distante parecer mais brilhante e em uma posição diferente de como ela aparece normalmente.

Em 2 de junho de 2011, foi exatamente isso que aconteceu. Duas pesquisas de microlentes separadas – 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 foi nomeado MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (abreviado para OB110462), e porque era incomumente longo e incomumente brilhante, os cientistas se concentraram para um olhar mais atento.

“A duração do evento de brilho é uma dica de quão massiva é a lente de primeiro plano que dobra a luz da estrela de fundo”, explicou Lam.

“Eventos longos são mais prováveis ​​devido a buracos negros. Não é uma garantia, no entanto, porque a duração do episódio de brilho não depende apenas da massa da lente de primeiro plano, mas também da velocidade com que a lente de primeiro plano e a estrela de fundo estão se movendo em relação uns aos outros.

“No entanto, ao obter também medições da posição aparente da estrela de fundo, podemos confirmar se a lente do primeiro plano é realmente um buraco negro.”

Ilustração mostrando como o Hubble vê um evento de microlente. (Créditos: NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted)

Neste caso, as observações da região foram feitas em oito ocasiões distintas usando o Telescópio Espacial Hubble, até 2017.

A partir de uma análise profunda desses dados, uma equipe de astrônomos liderada por Kailash Sahu, do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, concluiu que o culpado era um buraco negro detectado por microlentes com 7,1 vezes a massa do Sol, a uma distância de 5.153 anos-luz

A análise de Lu e Lam agora adiciona mais dados do Hubble, capturados recentemente em 2021. Sua equipe descobriu que o objeto é um pouco menor, entre 1,6 e 4,4 vezes a massa do Sol.

Isso significa que o objeto pode ser uma estrela de nêutrons. Esse também é o núcleo colapsado de uma estrela massiva, que surgiu entre 8 e 30 vezes a massa do Sol.

O objeto resultante é sustentado por algo chamado pressão de degeneração de nêutrons, em que os nêutrons não querem ocupar o mesmo espaço; isso impede que ele desmorone completamente em um buraco negro. Tal objeto tem um limite de massa de cerca de 2,4 vezes a massa do Sol.

Curiosamente, nenhum buraco negro foi detectado abaixo de cerca de 5 vezes a massa do Sol. Isto é referido como o intervalo de massa inferior. Se o trabalho de Lam e seus colegas estiver correto, isso significa que podemos ter a detecção de um objeto de diferença de massa menor em nossas mãos, o que é muito tentador.

As duas equipes voltaram com massas diferentes para o objeto detectado por lentes porque suas análises retornaram resultados diferentes para os movimentos relativos do objeto compacto e da estrela lentificada.

Sahu e sua equipe descobriram que o objeto compacto está se movendo a uma velocidade relativamente alta de 45 quilômetros por segundo, como resultado de uma expulsão do sistema estelar: uma explosão de supernova desequilibrada pode enviar o núcleo colapsado para longe.

Lam e seus colegas detectaram 30 quilômetros por segundo, no entanto. Esse resultado, disseram eles, sugere que talvez uma explosão de supernova não seja necessária para o nascimento do buraco negro.

No momento, é impossível tirar uma conclusão certeira de OB110462 sobre qual estimativa está correta, mas os astrônomos esperam aprender muito com a descoberta de mais desses objetos no futuro.

“Seja o que for, o objeto é o primeiro remanescente estelar escuro descoberto vagando pela galáxia desacompanhado de outra estrela”, disse Lam.

A pesquisa foi aceita no The Astrophysical Journal e está disponível no arXiv.