Um grupo inteiro de buracos negros foi capturado movendo-se pela Via Láctea

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Impressão artística de buracos negros em um aglomerado. Créditos: ESA / Hubble / N. Bartmann.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Um aglomerado de estrelas espalhando-se pelo céu pode ter um segredo escondido em seu coração: um grupo de mais de 100 buracos negros de massa estelar.

Se esta descoberta puder ser validada, ela explicará como o aglomerado veio a ser do jeito que é – com suas estrelas separadas por anos-luz, espalhando-se em uma corrente estelar que se estende por 30.000 anos-luz.

O aglomerado de estrelas em questão é chamado Palomar 5, localizado a cerca de 80.000 anos-luz de distância. Esses aglomerados globulares são frequentemente considerados “fósseis” do Universo primitivo. Eles são muito densos e esféricos, contendo normalmente cerca de 100.000 a 1 milhão de estrelas muito antigas; alguns, como NGC 6397, são quase tão antigos quanto o próprio Universo.

Em qualquer aglomerado globular, todas as suas estrelas se formaram ao mesmo tempo, a partir da mesma nuvem de gás. A Via Láctea tem cerca de 150 aglomerados globulares conhecidos; esses objetos são excelentes ferramentas para estudar, por exemplo, a história do Universo ou o conteúdo de matéria escura das galáxias que orbitam.

Mas há outro tipo de grupo de estrelas que está ganhando mais atenção – as correntes de marés, longas correntes de estrelas que se estendem pelo céu. Anteriormente, elas eram difíceis de identificar, mas com o observatório espacial de Gaia trabalhando para mapear a Via Láctea com alta precisão em três dimensões, mais dessas correntes foram trazidas à luz.

“Não sabemos como essas correntes se formam, mas uma ideia é que elas são aglomerados de estrelas interrompidos”, explicou o astrofísico Mark Gieles, da Universidade de Barcelona, ​​na Espanha.

“No entanto, como nenhuma das correntes recentemente descobertas tem um aglomerado de estrelas associado a elas, portanto, não podemos ter certeza. Então, para entender como essas correntes se formaram, precisamos estudar uma com um sistema estelar associado a ela. Palomar 5 é o único caso, tornando-a uma Pedra de Roseta para a compreensão da formação de correntes e é por isso que a estudamos em detalhes”.

Palomar 5 parece único por ter uma distribuição muito ampla e solta de estrelas e uma longa corrente de maré, abrangendo mais de 20 graus do céu, então Gieles e sua equipe se concentraram nele.

A equipe usou simulações detalhadas de n-corpos para recriar as órbitas e evoluções de cada estrela do aglomerado, para ver como elas poderiam ter acabado onde estão hoje.

Uma vez que evidências recentes sugerem que populações de buracos negros podem existir nas regiões centrais dos aglomerados globulares, e como as interações gravitacionais com os buracos negros são conhecidas por enviar estrelas para longe, os cientistas incluíram os buracos negros em algumas de suas simulações.

Seus resultados mostraram que uma população de buracos negros de massa estelar dentro de Palomar 5 poderia ter resultado na configuração que vemos hoje. As interações orbitais teriam lançado as estrelas para fora do aglomerado e dentro da corrente de maré, mas apenas com um número significativamente maior de buracos negros do que o previsto.

As estrelas que escapam do aglomerado com mais eficiência e rapidez do que os buracos negros teriam alterado a proporção dos buracos negros, aumentando-a um pouco.

“O número de buracos negros é quase três vezes maior do que o esperado do número de estrelas no aglomerado, e isso significa que mais de 20 por cento da massa total do aglomerado é composta de buracos negros”, disse Gieles.

“Cada um deles tem uma massa de cerca de 20 vezes a massa do Sol e se formaram em explosões de supernovas no final da vida de estrelas massivas, quando o aglomerado ainda era muito jovem”.

Em cerca de um bilhão de anos, as simulações da equipe mostraram, o aglomerado se dissolverá completamente. Antes que isso aconteça, o que resta do aglomerado consistirá inteiramente de buracos negros orbitando o centro da galáxia. Isso sugere que Palomar 5 não é único, afinal – ele se dissolverá completamente em uma corrente estelar, assim como outros que descobrimos.

Também sugere que outros aglomerados globulares provavelmente terão o mesmo destino, eventualmente. E oferece a confirmação de que os aglomerados globulares podem ser locais excelentes para procurar buracos negros que irão eventualmente colidir, assim como a classe indescritível de buracos negros de massa média, que estão entre os leves de massa estelar e os ​​supermassivos.

“Acredita-se que uma grande fração das fusões de sistemas binários de buracos negros se forma em aglomerados de estrelas”, disse o astrofísico Fabio Antonini, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido.

“Uma grande incógnita neste cenário é quantos buracos negros existem em aglomerados, o que é difícil de restringir observacionalmente porque não podemos ver os buracos negros. Nosso método nos dá uma maneira de aprender quantos buracos negros existem em um aglomerado de estrelas ao olhar para as estrelas ejetadas”.

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.