Sinal misterioso sugere o menor buraco negro já detectado

Uma estrela balançando estranhamente no espaço pode ser a indicação de um dos objetos mais procurados da galáxia.

Impressão artística de um sistema binário com um buraco negro de menor massa. (Daniëlle Futselaar/artsource.nl)

A cerca de 5.825 anos-luz da Terra, uma estrela gigante vermelha foi vista se movendo como se estivesse em uma dança orbital lenta com uma companheira binária. O problema? Não há absolutamente nenhuma luz vindo do lugar onde a companheira binária deveria estar.

Fica mais interessante. Com base no comportamento da gigante vermelha, astrônomos liderados por Song Wang da Academia Chinesa de Ciências determinaram que a massa do objeto invisível é apenas 3,6 vezes a massa do Sol. Só há uma coisa que poderia ser: um buraco negro, um com um tamanho pequeno que está bem no meio de um vazio misterioso nos dados conhecido como lacuna de massa inferior.

Chamado de G3425, ele pode ter muito a nos ensinar sobre pequenos buracos negros, de acordo com uma análise.

“A rara descoberta de G3425 fornece evidências da existência de buracos negros de lacuna de massa em binários não interativos, o que é difícil de detectar por meio de emissão de raios X”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.

“Mais notavelmente, a formação de sua órbita circular surpreendentemente ampla desafia as teorias atuais de evolução binária e explosão de supernova.”

Buracos negros estão em um continuum de objetos ultradensos que se formam a partir dos núcleos remanescentes de estrelas mortas depois que elas ficam sem combustível e colapsam sob a gravidade. Anãs brancas se formam a partir de estrelas de até cerca de oito vezes a massa do Sol e têm um limite de massa superior de cerca de 1,4 vezes a massa do Sol.

Objetos mais pesados “”se tornam ainda mais densos; essas são estrelas de nêutrons, até cerca de 2,3 massas solares (embora possa haver um pouco de sobreposição entre as faixas de massa).

Acima de 2,3 massas solares, de acordo com nossos melhores modelos, uma estrela de nêutrons não pode mais suportar a pressão interna da gravidade. Ela deve colapsar completamente, formando um buraco negro.

É aqui que entra a lacuna de massa. Detectamos pouquíssimos candidatos a buraco negro abaixo de cinco massas solares. Ou somos realmente ruins em encontrá-los, ou algo está impedindo que se formem.

Ser realmente ruim em encontrá-los não está totalmente fora do reino das possibilidades, na verdade. A menos que estejam crescendo ativamente – um processo que gera radiação X do material girando ao redor do buraco negro sob influências gravitacionais extremas – buracos negros são muito difíceis de detectar. Eles podem ter um efeito sobre as coisas ao redor deles, mas quanto menor o buraco negro, menos pronunciado esse efeito. 

Um diagrama mostrando o processo de descoberta do G3425. ( Song Wang )

A missão Gaia da Agência Espacial Europeia, no entanto, está nos dando uma excelente ferramenta para encontrar o invisível. A missão de longo prazo está mapeando a Via Láctea em três dimensões, incluindo os movimentos e velocidades das estrelas. Isso significa que quando encontramos uma estrela que parece estar dançando com o nada, agora podemos dar uma olhada mais de perto para ver o que pode – ou não – estar lá.

Foi isso que levou a equipe de Wang ao G3425. Eles usaram espectroscopia do Telescópio Espectroscópico Multiobjeto de Grande Abertura da Academia Chinesa de Ciências para procurar mudanças na luz de uma estrela conforme ela se move em torno do centro de gravidade mútuo do binário, e usaram dados do Gaia para procurar os movimentos das estrelas no espaço.

A estrela gigante vermelha em G3425 tem uma massa estimada de cerca de 2,7 sóis. E seu movimento sugere que ela está em uma órbita relativamente ampla, levando cerca de 880 dias para se mover em torno de um centro de gravidade mútuo com um objeto calculado em cerca de 3,6 vezes a massa do Sol.

Essa órbita, de acordo com a modelagem da equipe, é bem circular. Outros buracos negros de massa estelar em sistemas binários tendem a ter órbitas elípticas. Uma órbita circular significa que o binário tem sido estável e inalterado por um longo tempo; não é realmente consistente com nossa compreensão de buracos negros binários, já que a supernova que produz o buraco negro pode criar uma perturbação bem grande, chutando o próprio buraco negro para fora do eixo ou para longe através do espaço em altas velocidades.

G3425 levanta algumas questões. Mas pode conter algumas respostas também. A melhor maneira de obter essas respostas será encontrar mais buracos negros de baixa massa espalhados pela galáxia e usar dados estatísticos para descobrir as diferentes maneiras pelas quais os buracos negros podem se formar, com base no que encontrarmos.

“Observações espectroscópicas e astrométricas futuras”, escrevem os pesquisadores, “podem ajudar a revelar uma população binária de buracos negros de baixa massa com uma variedade de parâmetros e fornecer insights profundos sobre a formação e evolução de sistemas binários.”

Fonte: sciencealert.com