The Star Grinder: Uma nuvem de buracos negros no centro da Via Láctea

Há um buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia. Há também muitas outras coisas lá. Estrelas jovens, gás, poeira e buracos negros de massa estelar. É um lugar agitado. Também é cercado por um véu de gás e poeira interestelar, o que significa que não podemos observar a região na luz visível. Podemos observar estrelas na região por infravermelho e rádio, e parte do gás ali emite luz de rádio, mas os buracos negros de massa estelar permanecem principalmente um mistério. 

Ilustração do aglomerado S no centro da nossa galáxia. Crédito: NCSA, UCLA/Keck

Um grande desafio é que não temos uma boa medida de quantos buracos negros existem. Modelos tradicionais de formação de estrelas sugerem que pode haver apenas 300 na região mais próxima do buraco negro supermassivo Sagittarius A*. Outros modelos sugerem que a formação do próprio Sgr A* pode ter desencadeado a formação de centenas de buracos negros de massa estelar. Mas um novo estudo em Astronomy & Astrophysics sugere que o número de buracos negros de massa estelar é muito maior.

A ideia por trás desse novo modelo é que, comparada ao resto da galáxia, a região central perto de Sgr A* é densa com gás e poeira. Isso significa que grandes estrelas do tipo O e do tipo B podem se formar facilmente. Essas estrelas têm vidas muito curtas e, portanto, morreriam como supernovas. Seus núcleos entrariam em colapso em buracos negros, e o resto de seu material seria descartado e estaria disponível para fazer novas estrelas.

Com o tempo, buracos negros na região se acumulariam conforme novos ciclos de estrelas nascessem e morressem. Eventualmente, a região se tornaria povoada com buracos negros o suficiente para que colisões entre estrelas e buracos negros fossem comuns. Buracos negros destruiriam estrelas gradualmente, agitando a região para acelerar a formação de estrelas e buracos negros. Os autores chamam esse modelo de moedor de estrelas.

Tempos de colisão de estrelas vs densidade de buracos negros. Crédito: Haas, et al

Se esse modelo estiver correto, então o centro da nossa galáxia poderia ter milhões ou bilhões de buracos negros de massa estelar por parsec cúbico. Qualquer estrela que entrasse nessa região o faria por sua conta e risco. É uma ideia fascinante, mas como poderíamos prová-la? Para isso, os autores olham para um conceito estatístico conhecido como tempo de colisão.

Para uma dada densidade de buracos negros na região, há um tempo médio antes que uma estrela e um buraco negro colidam. Esse tempo de colisão depende do número de buracos negros na região e do tamanho da estrela. Obviamente, quanto maior a contagem de buracos negros, menor o tempo de colisão, mas também quanto maior a estrela, maior a probabilidade de haver uma colisão.

A equipe calculou os tempos de colisão para várias distribuições e, em seguida, comparou seus resultados com o que observamos. Como as maiores estrelas no centro da galáxia são as mais fáceis de detectar, temos uma boa ideia de quantas existem. Com base em observações, há menos estrelas maiores do tipo O na região em comparação com outras partes da Via Láctea.

Isso sugere que estrelas do tipo O sofrem trituração de buracos negros. Há muitas estrelas menores do tipo B na região, o que sugere que elas não encontram buracos negros com frequência. Com base em suas estatísticas, os autores argumentam que há cerca de 100 milhões de buracos negros por parsec cúbico na região ao redor de Sgr A*.

Os autores também observam que esse modelo explicaria a presença de estrelas de hipervelocidade no halo da nossa galáxia. Sabemos de cerca de uma dúzia de estrelas com velocidades tão grandes que escapariam da nossa galáxia. Uma maneira de uma estrela ganhar essa velocidade é ter um encontro próximo com um buraco negro. O número de estrelas de hipervelocidade que observamos pode ter sido causado por encontros próximos no centro da Via Láctea.

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