Astrônomos podem ter identificado buraco negro livre de estrelas

Por definição, os buracos negros são invisíveis, a menos que façam parte de uma estrela binária ou estejam cercados por um disco de acreção. Embora a maioria dos buracos negros de tamanho estelar não sejam, os astrônomos os procuram por meio de eventos de microlentes gravitacionais, nos quais o buraco negro desvia a luz de estrelas próximas enquanto viaja em direção ao centro galáctico.

Embora sejam necessárias mais evidências para descartar a possibilidade de uma estrela de nêutrons, as primeiras descobertas sugerem que uma equipe liderada pela UC Berkeley pode ter descoberto o primeiro buraco negro flutuante.

De acordo com um comunicado de imprensa da universidade, uma equipe de pesquisadores, liderada pelo estudante de pós-graduação Casey Lam e Jessica Lu, professora associada de astronomia da UC Berkeley, descobriu o que parece ser um buraco negro flutuante ao observar o brilho de um planeta mais distante.

Se grandes estrelas morrerem e deixarem buracos negros, como os cientistas acreditam, deve haver centenas de milhões deles distribuídos por toda a Via Láctea. No entanto, o problema é que os buracos negros isolados são indetectáveis, e a nova pesquisa da equipe, preparada para publicação no The Astrophysical Journal Letters, tenta lançar uma luz sobre o assunto, em sentido figurado.

Usando o método de microlente gravitacional, os pesquisadores puderam calcular que a massa do objeto compacto invisível está entre 1,6 e 4,4 vezes à do sol.

No entanto, a equipe alertou que o objeto pode ser uma estrela de nêutrons em vez de um buraco negro, já que os cientistas acreditam que a relíquia de uma estrela morta deve ser mais pesada que 2,2 massas solares para colapsar em um buraco negro. As estrelas de nêutrons também são objetos compactos e compactos, mas sua gravidade é contrabalançada pela pressão interna de nêutrons, o que as impede de colapsar ainda mais em buracos negros.

O objeto é o primeiro remanescente estelar escuro – um “fantasma” estelar – observado vagando pela galáxia sem par com outra estrela, seja um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

“Este é o primeiro buraco negro flutuante ou estrela de nêutrons descoberto com microlente gravitacional”, disse Lu. “Com a microlente, podemos sondar esses objetos solitários e compactos e pesá-los. Acho que abrimos uma nova janela para esses objetos escuros, que não podem ser vistos de outra maneira.”

Os cientistas determinaram que quatro outros eventos de microlente não foram criados por um buraco negro, embora dois deles tenham sido provavelmente causados ​​por uma anã branca ou estrela de nêutrons. A equipe também determinou que o número esperado de buracos negros da galáxia é de 200 milhões, o que é semelhante ao que a maioria dos teóricos projetou.

Esta ilustração mostra como a gravidade de um buraco negro distorce o espaço-tempo e dobra a luz de uma estrela distante para que sua posição seja alterada quando vista da Terra. – Sputnik Internacional, 1920, 12.06.2022
Esta ilustração mostra como a gravidade de um buraco negro distorce o espaço-tempo e dobra a luz de uma estrela distante para que sua posição seja alterada quando vista da Terra.

Determinar o número desses objetos compactos na Via Láctea ajudará os astrônomos a entender melhor a evolução das estrelas e de nossa galáxia, além de revelar se algum dos buracos negros invisíveis são buracos negros primordiais, que alguns cosmólogos acreditam ter sido produzidos em grandes números durante o Big Bang.

Enquanto isso, outro estudo do Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore investigou o mesmo evento de microlente e argumentou que a massa do objeto compacto está mais próxima de 7,1 massas solares, indicando que é inconfundivelmente um buraco negro. A pesquisa desta equipe, liderada por Kailash Sahu, ainda não foi publicada no The Astrophysical Journal

É notável que ambas as equipes utilizaram os mesmos dados: medições fotométricas do brilho da estrela distante à medida que sua luz era distorcida ou “lente” pelo objeto supercompacto e medições astrométricas da posição da estrela distante no céu alterando como resultado de distorção gravitacional do objeto de lente.

Os dados fotométricos vieram de dois levantamentos de microlentes: o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), administrado pela Universidade de Varsóvia e usa um telescópio de 1,3 metros no Chile, e o Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), administrado pela Universidade de Osaka. e usa um telescópio de 1,8 metros na Nova Zelândia. O Telescópio Espacial Hubble da NASA forneceu os dados astrométricos. E o STScI é responsável pelo programa científico do telescópio e pelas operações científicas.

Embora essas pesquisas encontrem centenas de estrelas anualmente e tenham sido intensificadas apenas por microlentes, foi a inclusão de dados astrométricos que permitiu às duas equipes estabelecer a massa e a distância do objeto compacto da Terra.

Acredita-se que esteja entre 2.280 e 6.260 anos-luz (700-1920 parsecs) de distância, na direção do núcleo da Via Láctea e perto da enorme protuberância que circunda o grande buraco negro central da galáxia, de acordo com a pesquisa liderada pela UC Berkeley . Mas o grupo STScI estimou que o objeto está a 5.153 anos-luz (1.580 parsecs) de distância.

De acordo com o comunicado de imprensa, Lu, da UC Berkeley, que procura buracos negros flutuantes desde 2008, esperava que os dados a ajudassem a estimar melhor seu número na galáxia, que se acredita estar entre 10 milhões e 1 bilhão. Buracos negros do tamanho de estrelas só foram descobertos como parte de sistemas estelares binários até agora.

Raios X de buracos negros, que são criados quando o material da estrela cai no buraco negro, ou detectores modernos de ondas gravitacionais, que são sensíveis a fusões de dois ou mais buracos negros, podem ser vistos em binários. No entanto, tais ocorrências são incomuns.

“Casey e eu vimos os dados e ficamos realmente interessados. Dissemos: ‘Uau, sem buracos negros. Isso é incrível’, mesmo que devesse ter havido”, explicou Lu. “E então começamos a olhar para os dados. Se realmente não houvesse buracos negros nos dados, então isso não corresponderia ao nosso modelo de quantos buracos negros deveriam existir na Via Láctea. Algo teria que mudar em nosso compreensão dos buracos negros – seja seu número ou quão rápido eles se movem ou suas massas.”

Curiosamente, a duração do evento de lente foi o principal indicador, de acordo com a pesquisa. Buracos negros supostamente representam apenas 1% dos eventos de microlentes mensuráveis, então olhar para todos eles seria como procurar uma agulha no palheiro. No entanto, de acordo com os cientistas, cerca de 40% das ocorrências de microlentes com duração superior a 120 dias provavelmente são buracos negros.

“A duração do evento de brilho é uma dica de quão massiva é a lente de primeiro plano que dobra a luz da estrela de fundo”, disse Lam, de acordo com o comunicado de imprensa. “Eventos longos são mais prováveis ​​devido a buracos negros. Não é uma garantia, no entanto, porque a duração do episódio de brilho não depende apenas da massa da lente de primeiro plano, mas também da velocidade com que a lente de primeiro plano e a estrela de fundo estão se movendo em relação No entanto, obtendo também medições da posição aparente da estrela de fundo, podemos confirmar se a lente do primeiro plano é realmente um buraco negro.”