Cientistas ficam surpresos com a primeira descoberta tripla de buraco negro

Um estudo recente do MIT e da Caltech descobriu um sistema triplo de buracos negros, sendo essa a primeira vez que um sistema desse tipo foi observado. 

Representado nesta representação artística está o buraco negro central, V404 Cygni (ponto preto), no processo de consumir uma estrela próxima (corpo laranja à esquerda), enquanto uma segunda estrela (flash branco superior) orbita a uma distância muito maior. Crédito: Jorge Lugo 

Diferente dos pares típicos, esse sistema tem um buraco negro central consumindo uma estrela próxima e outra estrela distante que orbita o buraco negro a cada 70.000 anos. Essa configuração incomum sugere que o buraco negro foi formado por um colapso direto, e não por uma explosão violenta, desafiando as teorias sobre a formação de buracos negros e sugerindo a existência de mais sistemas triplos desconhecidos.

Descoberta de um Sistema Triplo de Buraco Negro:

Até agora, muitos buracos negros foram encontrados em pares, chamados de sistemas binários. Nesses pares, um buraco negro orbita de perto com outro objeto, como uma estrela, uma estrela de nêutrons (muito densa) ou até outro buraco negro. A gravidade intensa do buraco negro os mantém juntos, criando uma relação orbital forte.

Agora, os cientistas fizeram uma descoberta surpreendente que amplia nosso entendimento sobre buracos negros, os tipos de objetos com os quais eles podem interagir e como podem se formar.

Em um novo estudo publicado na revista *Nature* em 24 de outubro, físicos do MIT e da Caltech relataram a observação de um “sistema triplo de buraco negro? pela primeira vez. Esse sistema tem um buraco negro central que consome uma pequena estrela próxima que orbita o buraco negro a cada 6,5 dias, semelhante a sistemas binários conhecidos. Mas, de maneira impressionante, uma segunda estrela, muito mais distante, também orbita o buraco negro. Os pesquisadores estimam que essa estrela distante completa uma volta ao redor do buraco negro a cada 70.000 anos.

O fato de o buraco negro conseguir segurar gravitacionalmente um objeto tão distante levanta questões sobre como o próprio buraco negro se formou. Buracos negros são considerados o resultado da explosão violenta de uma estrela que está morrendo – um processo chamado supernova, no qual uma estrela libera muita energia e luz em uma explosão final antes de colapsar e se tornar um buraco negro invisível.

Implicações de um Processo de Formação Mais Suave:

A descoberta da equipe sugere, no entanto, que, se o buraco negro recém-observado resultou de uma supernova típica, a energia que ele teria liberado antes de colapsar deveria ter expulsado qualquer objeto que estivesse nas suas redondezas. Nesse caso, a estrela externa não deveria estar ali. 

Em vez disso, a equipe suspeita que o buraco negro se formou através de um processo mais suave, chamado “colapso direto”, em que uma estrela simplesmente desaba sobre si mesma e forma um buraco negro, sem uma explosão final dramática. Esse tipo de origem suave mal afetaria objetos soltos e distantes.

Como o novo sistema triplo inclui uma estrela bem distante, isso sugere que o buraco negro foi criado por um colapso direto mais tranquilo. E enquanto supernovas violentas são observadas há séculos, a equipe afirma que esse sistema triplo pode ser a primeira evidência de um buraco negro formado por esse processo mais suave.

“Achamos que a maioria dos buracos negros se formam a partir de explosões violentas de estrelas, mas essa descoberta coloca isso em dúvida,? diz o autor do estudo Kevin Burdge, do Departamento de Física do MIT. “Esse sistema é muito empolgante para entender a evolução dos buracos negros e levanta a possibilidade de existirem mais sistemas triplos por aí.”

Investigando a Formação e Evolução dos Buracos Negros:

A descoberta desse sistema triplo de buraco negro foi quase por acaso. Os físicos o encontraram enquanto revisavam o Aladin Lite, um banco de dados de observações astronômicas reunidas de telescópios ao redor do mundo e no espaço.

A equipe estava procurando novos buracos negros na Via Láctea. Por curiosidade, Burdge revisou uma imagem de V404 Cygni, um buraco negro a cerca de 8.000 anos-luz da Terra, que foi um dos primeiros objetos confirmados como buraco negro em 1992. V404 Cygni é muito estudado, com mais de 1.300 artigos científicos publicados sobre ele, mas nenhum relatou o que Burdge e sua equipe observaram.

Ao olhar imagens ópticas de V404 Cygni, Burdge notou dois pontos de luz, muito próximos um do outro. O primeiro era o buraco negro e uma estrela que orbitava bem perto dele, que está tão próxima que perde parte de seu material para o buraco negro, gerando a luz que Burdge viu. O segundo ponto de luz era algo que os cientistas não haviam investigado de perto até agora: ele acreditava que era uma estrela muito distante.

Para verificar se a estrela externa estava ligada ao buraco negro e sua estrela interna, os pesquisadores usaram dados do satélite Gaia, que rastreia as estrelas da galáxia desde 2014. A análise mostrou que as estrelas interna e externa se moviam exatamente em conjunto, o que indicava que estavam ligadas pela gravidade, formando um sistema triplo.

Simulações e Determinação da Idade do Sistema:

Para testar essa ideia, Burdge realizou simulações para ver como um sistema triplo poderia evoluir e manter a estrela externa.

No início de cada simulação, ele introduzia três estrelas (sendo uma delas o buraco negro, antes de se tornar um). Ele então rodou milhares de simulações, cada uma com um cenário ligeiramente diferente para como a terceira estrela poderia ter se tornado um buraco negro e como isso afetaria as outras duas estrelas. Ele simulou uma supernova, variando a quantidade de energia liberada e também cenários de colapso direto, onde a estrela simplesmente se desmorona para formar um buraco negro, sem liberar energia.

“A maioria das simulações mostra que a maneira mais fácil de fazer esse triplo funcionar é através de colapso direto,? diz Burdge.

A estrela externa também ajudou a revelar a idade do sistema. Os físicos observaram que a estrela externa está se tornando uma gigante vermelha, uma fase que ocorre no final da vida de uma estrela. Com isso, eles calcularam que essa estrela tem cerca de 4 bilhões de anos, indicando que o sistema triplo de buraco negro também é dessa época.

“Agora sabemos que V404 Cygni é parte de um sistema triplo, que pode ter se formado por colapso direto há cerca de 4 bilhões de anos, graças a essa descoberta,? finaliza Burdge.No início de cada simulação, ele introduziu três estrelas (uma das quais era o buraco negro, antes de se tornar uma).

Em seguida, fez milhares de simulações, cada uma com um cenário ligeiramente diferente de como a terceira estrela poderia ter se tornado um buraco negro e como isso afetaria as outras duas estrelas. Ele simulou uma supernova, variando a quantidade de energia liberada, e também cenários de colapso direto, em que a estrela simplesmente colapsa para formar um buraco negro sem liberar energia.”

A maioria das simulações mostra que a maneira mais fácil de fazer com que esse trio funcione é por meio do colapso direto”, diz Burdge.

A estrela externa também ajudou a revelar a idade do sistema.

Os físicos observaram que a estrela externa está se tornando uma gigante vermelha, uma fase que ocorre tardiamente na vida de uma estrela. A partir disso, eles calcularam que essa estrela tem cerca de 4 bilhões de anos, indicando que o sistema do buraco negro triplo também é dessa época.”

Sabemos que o V404 Cygni é parte de um sistema triplo, que poderia ter sido formado por colapso direto há cerca de 4 bilhões de anos, graças a essa descoberta”, conclui Burdge.

Fonte: scitechdaily.com