Astrônomos detectam primeiro buraco negro 'desonesto' em potencial

Vimos muitos buracos negros arrancando material de um companheiro, mas não sentados sozinhos no espaço. Agora, podemos ter visto um.

Um buraco negro solitário não emite luz - mas sua gravidade distorce o caminho da luz que viaja ao seu redor. Ute Kraus (panorama de fundo da Via Láctea: Axel Mellinger), Instituto de Física, Universität Hildesheim

A cada segundo, um novo buraco negro bebê nasce em algum lugar do cosmos enquanto uma estrela massiva colapsa sob seu próprio peso. Mas os próprios buracos negros são invisíveis. Historicamente, os astrônomos só conseguiram detectar esses buracos negros de massa estelar quando estão agindo em um companheiro.

Agora, uma equipe de cientistas fez a primeira detecção confirmada de um buraco negro de massa estelar que está completamente sozinho. A descoberta abre a possibilidade de encontrar ainda mais – uma perspectiva empolgante, considerando que deve haver cerca de 100 milhões desses buracos negros “desonestos” vagando pela nossa galáxia sem serem vistos. 

Confiando nos vizinhos

Buracos negros são difíceis de encontrar porque não brilham como estrelas. Qualquer coisa com massa deforma o tecido do espaço-tempo, e quanto maior a massa, mais extrema a deformação. Os buracos negros acumulam tanta massa em uma área tão pequena que o espaço se dobra sobre si mesmo. Isso significa que, se alguma coisa, mesmo a luz, chegar muito perto, seu caminho sempre se curvará em direção ao centro do buraco negro. 

Os astrônomos encontraram algumas centenas desses golias fantasmagóricos indiretamente, vendo como eles influenciam seus arredores. Eles identificaram cerca de 20 buracos negros da variedade pequena e de massa estelar em nossa galáxia, observando as estrelas serem devoradas por companheiros invisíveis. À medida que o buraco negro puxa a matéria de seu vizinho, o material forma um disco de acreção giratório e brilhante que sinaliza a presença do buraco negro. 

Após décadas de pesquisa, os astrônomos finalmente encontraram um buraco negro de massa estelar isolado . Localizado a cerca de 5.200 anos-luz de distância em direção ao centro de nossa galáxia, o buraco negro ainda a ser nomeado pesa pouco mais de sete vezes a massa do Sol. Está se movendo mais rápido do que quase todas as estrelas visíveis em sua área, o que sugere como se formou.

A lente gravitacional ocorre quando um objeto massivo em primeiro plano se dobra e amplia a luz de um objeto de fundo muito atrás dele. Quando o objeto de lente é pequeno (uma estrela, planeta ou buraco negro), esse fenômeno é chamado de microlente.

 Os cientistas pensam que quando uma estrela massiva fica sem combustível e entra em colapso, a explosão de supernova que ela experimenta pode ser desigual. “Este buraco negro parece ter recebido um impulso natal no nascimento que o fez sair em alta velocidade”, diz Kailash Sahu, astrônomo do Space Telescope Science Institute em Baltimore, que liderou o estudo. Os resultados da equipe foram submetidos ao The Astrophysical Journal . 

Vendo o invisível

A equipe combinou duas técnicas cósmicas para detectar o buraco negro: lentes gravitacionais e astrometria. A primeira funciona porque quando a gravidade distorce o espaço-tempo, ela muda o caminho que a luz percorre quando passa por perto. Quando um objeto celeste passa muito perto de uma estrela mais distante no céu da nossa linha de visão, a luz da estrela se curva ao passar pelo objeto mais próximo. Se o objeto em primeiro plano que está fazendo a dobra for relativamente pequeno – digamos, um planeta, estrela ou buraco negro, em vez de uma galáxia inteira ou aglomerado de galáxias – o processo é chamado, especificamente, de microlente. 

A microlente faz com que o objeto mais próximo atue como uma lupa natural, iluminando temporariamente a luz da estrela distante – um efeito que os telescópios podem captar. Os astrônomos podem estimar aproximadamente a massa do objeto mais próximo por quanto tempo dura o pico na luz das estrelas; objetos mais massivos criam eventos de microlente mais longos. Então, um longo evento de microlente causado por algo que não podemos ver pode sinalizar um buraco negro desonesto. 

Mas os buracos negros não podem ser confirmados apenas por microlentes. Uma estrela pequena e fraca movendo-se lentamente pode se disfarçar de buraco negro. Ela também produziria um sinal longo, devido à sua baixa velocidade, e se a estrela estiver fraca o suficiente, os astrônomos podem não vê-la, apenas capazes de detectar a luz da estrela de fundo. 

É aí que entra a astrometria. Essa técnica envolve fazer medições precisas da posição de um objeto. Ao ver o quanto a posição da estrela de fundo parece mudar durante um evento de microlente, os astrônomos podem descobrir com muita precisão a massa do objeto mais próximo. 

“Foi assim que soubemos que encontramos um buraco negro”, diz Sahu. “O objeto que detectamos é tão massivo que, se fosse uma estrela, estaria brilhando intensamente; no entanto, não detectamos nenhuma luz a partir dele.” 

Esta descoberta é o culminar de sete anos de observações. Os sinais de microlente que podem revelar pequenos buracos negros solitários duram quase um ano. Dois telescópios terrestres, o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e o telescópio Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), participaram do evento. Durou o suficiente para que os astrônomos suspeitassem que o objeto da lente poderia ser um buraco negro. 

Foi quando eles começaram a fazer medições astrométricas. A deflexão que o objeto interveniente causou na luz da estrela de fundo foi tão pequena que apenas o Telescópio Espacial Hubble poderia detectá-la. A equipe passou vários anos analisando o sinal astrométrico, que em geral pode durar de cinco a 10 vezes mais do que sua contraparte de microlente. 

“É extremamente gratificante fazer parte de uma descoberta tão monumental”, diz Sahu. “Procuro buracos negros desonestos há mais de uma década, e é emocionante finalmente encontrar um! Espero que seja o primeiro de muitos.” 

Estabelecendo a norma cósmica

Ainda é possível que o objeto não seja um buraco negro, afinal. A análise de uma equipe separada do mesmo evento coloca o objeto em algum lugar entre cerca de 1,5 e 4 massas solares - leve o suficiente para que possa ser um buraco negro ou uma estrela de nêutrons (o núcleo esmagado de uma estrela morta que não era massiva o suficiente para tornar-se um buraco negro). Considerando que os astrônomos nunca detectaram uma estrela de nêutrons isolada antes, essa ainda seria uma descoberta notável. Os resultados de ambas as equipes ainda estão sendo revisados ​​por pares. 

Independentemente desse resultado, alguns astrônomos pensam que os buracos negros de massa estelar encontrados em sistemas binários podem representar uma amostra tendenciosa. Suas massas variam apenas de cerca de 5 a 20 vezes a massa do Sol, com a maioria pesando cerca de 7 massas solares. Mas o verdadeiro alcance pode ser muito mais amplo. 

“Os buracos negros de massa estelar que foram detectados em outras galáxias por meio de ondas gravitacionais são frequentemente muito maiores do que aqueles que encontramos em nossa galáxia – até quase 100 massas solares”, diz Sahu. “Ao encontrar mais isolados, seremos mais capazes de entender como é a verdadeira população de buracos negros e aprender ainda mais sobre os fantasmas que assombram nossa galáxia.”

Fonte: Astronomy.com