Estrelas em fuga revelam buraco negro escondido no vizinho mais próximo da Via Láctea

Astrônomos do CfA encontraram fortes evidências de um buraco negro supermassivo na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da Via Láctea

Impressão artística de uma estrela hiperveloz ejetada da Grande Nuvem de Magalhães (mostrada à direita). Quando um sistema estelar binário se aventura muito perto de um buraco negro supermassivo, as intensas forças gravitacionais separam o par. Uma estrela é capturada em uma órbita apertada ao redor do buraco negro, enquanto a outra é arremessada para fora em velocidades extremas — frequentemente excedendo milhões de milhas por hora — tornando-se uma estrela hiperveloz. A ilustração inserida descreve esse processo: o caminho orbital do binário original é mostrado como linhas entrelaçadas, com uma estrela sendo capturada pelo buraco negro (próximo ao centro da inserção) enquanto a outra é ejetada para o espaço (canto inferior direito). Crédito: CfA/Melissa Weiss

Os astrónomos descobriram fortes indícios da existência do buraco negro supermassivo mais próximo para lá da nossa Galáxia, a Via Láctea. Este buraco negro gigante está localizado na Grande Nuvem de Magalhães, um dos vizinhos galácticos mais próximos.

Para fazer esta descoberta, os investigadores rastrearam as trajetórias de 21 estrelas na periferia da Via Láctea com uma precisão ultrafina. Estas estrelas estão a viajar tão depressa que escaparão às garras gravitacionais da Via Láctea ou de qualquer galáxia próxima. Os astrónomos chamam-lhes estrelas hipervelozes.

Tal como os peritos forenses recriam a origem de uma bala com base na sua trajetória, os investigadores determinaram a origem destas estrelas hipervelozes. Descobriram que cerca de metade estão ligadas ao buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. No entanto, a outra metade teve origem noutro local: um buraco negro gigante, anteriormente desconhecido, na Grande Nuvem de Magalhães (ou GNM).

"É incrível perceber que temos outro buraco negro supermassivo mesmo ao 'fundo do quarteirão', em termos cósmicos", disse Jesse Han, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, que liderou o novo estudo. "Os buracos negros são tão furtivos que este tem estado praticamente debaixo dos nossos narizes este tempo todo".

Os investigadores descobriram este buraco negro secreto utilizando dados da missão Gaia da ESA, um satélite que seguiu mais de mil milhões de estrelas na Via Láctea com uma precisão sem precedentes. Recorreram também a uma melhor compreensão da órbita da GNM em torno da Via Láctea recentemente obtida por outros investigadores.

"Já sabíamos há algum tempo da existência destas estrelas hipervelozes, mas o Gaia deu-nos os dados de que precisávamos para descobrir de onde vinham", disse o coautor Kareem El-Badry do Caltech em Pasadena, Califórnia, EUA. "Ao combinar estes dados com os nossos novos modelos teóricos sobre a forma como estas estrelas viajam, fizemos esta descoberta notável".

As estrelas hipervelozes são criadas quando um sistema binário se aventura demasiado perto de um buraco negro supermassivo. A intensa atração gravitacional do buraco negro separa as duas estrelas, capturando uma delas e colocando-a numa órbita próxima. Entretanto, a outra estrela órfã é lançada para longe a velocidades superiores a vários milhões de quilómetros por hora - e assim nasce uma estrela hiperveloz.

Uma parte importante da investigação da equipa foi a previsão, no seu modelo teórico, de que um buraco negro supermassivo na GNM criaria um enxame de estrelas hipervelozes num canto da Via Láctea, devido à forma como a GNM se move em torno da Via Láctea. As estrelas ejetadas ao longo da direção do movimento da GNM deveriam receber um impulso extra de velocidade. De facto, os seus dados revelaram a existência de um enxame deste tipo.

A equipa descobriu que as propriedades das estrelas hipervelozes não podem ser explicadas por outros mecanismos, tais como estrelas ejetadas quando as suas companheiras sofrem uma explosão de supernova, ou estrelas ejetadas por um mecanismo como o descrito acima para um sistema estelar duplo, mas sem o envolvimento de um buraco negro supermassivo.

"A única explicação que conseguimos encontrar para estes dados é a existência de um buraco negro monstruoso na nossa galáxia vizinha", disse o coautor Scott Lucchini, também do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian. "Portanto, na nossa vizinhança cósmica, não é apenas o buraco negro supermassivo da Via Láctea que está a expulsar estrelas da sua galáxia".

Usando as velocidades das estrelas e o número relativo de estrelas ejetadas pelos buracos negros supermassivos da GNM e da Via Láctea, a equipa determinou que a massa do buraco negro da GNM é cerca de 600.000 vezes a massa do Sol. Em comparação, o buraco negro supermassivo da Via Láctea tem cerca de 4 milhões de massas solares. Noutras partes do Universo, existem buracos negros supermassivos com milhares de milhões de vezes mais massa do que o Sol.

O artigo científico que descreve estes resultados foi aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal.

Cfa.harvard.edu