Astrônomos encontram o buraco negro mais próximo da Terra e tem uma estrela companheira semelhante ao Sol

Astrônomos encontram o buraco negro mais próximo da Terra e tem uma estrela companheira semelhante ao Sol

Os astrônomos encontraram o candidato a buraco negro conhecido mais próximo da Terra, uma fera silenciosa quase dez vezes mais massiva que o Sol, a apenas 1.570 anos-luz de nós.*. Foi encontrado através das travessuras de seu companheiro estelar semelhante ao Sol, mas como ele surgiu é um arranhão na cabeça [link to paper].

Provavelmente existem cem milhões de buracos negros apenas em nossa galáxia, a Via Láctea, mas encontrá-los é difícil. A maneira mais fácil é se eles estiverem em um sistema binário com uma estrela companheira e estiverem próximos o suficiente para que o material seja retirado da estrela e caia no buraco negro. À medida que se acumula do lado de fora daquele último grande passo o material aquece e emite muita radiação de alta energiabasicamente anunciando a existência do buraco negro.

Mas se o buraco negro está sozinho, ou está em um binário com a estrela orbitando mais longe, é quiescente, tornando-o difícil de detectar. A coisa sobre os buracos negros é que eles são PretoCurtiu isso eles só podem ser detectados através de sua imensa gravidade.

Ainda assim, isso pode revelá-los se as condições forem adequadas.

No caso deste novo, eles eram. Mas mesmo assim, é uma descoberta complicada.

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Obra de uma estrela prestes a ser dilacerada por um buraco negro de massa intermediária. O material cai no buraco de falta, criando muitos raios-X e permitindo que os astrônomos aprendam muito sobre o buraco negro. Crédito: ESA/Hubble, M. Kornmesser

A espaçonave Gaia é uma missão da Agência Espacial Européia para mapear a localização de quase dois trilhão estrelas. Ele não apenas obtém suas posições no céu com uma precisão fenomenal, mas também mede seus movimentos e cores.

Se duas estrelas orbitam uma à outra, cada uma traçará uma elipse muito pequena no céu. Na maioria dos casos, esse movimento físico é muito pequeno para ser visto, mas para sistemas binários relativamente próximos com uma ampla separação orbital, Gaia pode detectar essa mudança na posição de uma estrela ao longo do tempo.

Existem cerca de 170.000 estrelas binárias no banco de dados Gaia. Os astrônomos aqui procuraram por aquelas com movimento incomumente grande – indicando que uma das estrelas é realmente muito massiva – mas onde a luz geral do sistema era mais fraca do que o esperado. Estrelas massivas são brilhantes, então se o movimento do binário indicar que uma é massiva, mas severamente subluminosa, pode ser um buraco negro.

Eles encontraram um punhado de candidatos promissores, mas após uma análise mais cuidadosa encontraram apenas um que parecia sólido: a estrela Gaia DR3 4373465352415301632 – eles a chamam de Gaia BH1 (“Gaia Black Hole 1”) por conveniência. É uma estrela na constelação de Ophiuchus, com cores e brilho que indicam que é muito parecida com o Sol, embora um pouco mais fria e menos massiva. Gaia mede diretamente sua distância via paralaxe como 1.570 anos-luz de nós, o que é consistente com seu brilho.

Se não fosse pelo fato de que a estrela está fazendo uma pequena elipse no céu, seria completamente normal. Não há outras estrelas próximas que possam estar relacionadas a ela, mas lá está ela, movendo-se para frente e para trás no céu com um período de 185,6 dias.

Eles obtiveram espectros da estrela usando vários telescópios terrestres diferentes e os usaram para medir o deslocamento Doppler da estrela enquanto orbitava seu companheiro invisível. A velocidade da estrela é bastante alta, bem mais de cem quilômetros por segundo, indicando que o objeto companheiro é realmente muito massivo. Eles descobrem que tem uma massa de 9,8 ± 0,2 vezes a do Sol, e esse é o argumento decisivo. Uma estrela normal dessa massa seria fenomenalmente brilhante, muitos milhares de vezes mais brilhante que a estrela parecida com o Sol, inundando-a completamente.

O fato de o objeto ser muito massivo, mas completamente escuro, só é realmente explicável se for um buraco negro. Tecnicamente não está confirmado, então temos que chamá-lo de candidato, mas com os dados eu aposto uma quantia decente de dinheiro que é um buraco negro.

Obra mostrando um buraco negro silencioso contra um fundo estrelado.  Crédito: NASA, ESA, D Coe, G Bacon (STScI)

Obra mostrando um buraco negro silencioso contra um fundo estrelado. Crédito: NASA, ESA, D Coe, G Bacon (STScI)

Obra mostrando um buraco negro silencioso contra um fundo estrelado. Crédito: NASA, ESA, D Coe, G Bacon (STScI)

É um sistema estranho também. Sabemos de outros buracos negros em órbita com estrelas normais, mas nenhum tão amplamente separado; a estrela está aproximadamente tão longe do buraco negro quanto Marte está do Sol. Isso é realmente um problema, devido à forma como o buraco negro se formou.

Teria sido inicialmente uma estrela com cerca de 20 vezes a massa do Sol, que é um monstro poderoso. Teria ficado sem combustível em seu núcleo depois de apenas alguns milhões de anos após o nascimento, enquanto a estrela de massa mais baixa ainda estava a caminho de se estabelecer como uma estrela normal. Então a estrela massiva teria inchado em uma enorme supergigante vermelha, grande o suficiente para envolver fisicamente a estrela menor. Isso é chamado de envelope comum fase de um binário. Em geral, as camadas externas da estrela mais massiva são ejetadas pelo movimento da estrela de menor massa e, por sua vez, as duas estrelas acabam se aproximando, embora neste caso a segunda fosse provavelmente muito leve para fazer isso com eficiência.

É difícil conseguir uma estrela tão longe desse cenário; normalmente eles estariam a apenas alguns milhões de quilômetros de distância. Em algum momento, a estrela mais massiva explode como uma supernova, perdendo alguma massa, o que pode mover a segunda estrela para mais longe… mas não muito.

É possível que costumava haver uma terceira estrela no sistema, e isso poderia mexer com as órbitas o suficiente para explicar o sistema, mas essa situação é complicada e tem um conjunto estreito de parâmetros para funcionar. Também é possível que o sistema tenha nascido em um aglomerado de estrelas, e a influência gravitacional das outras estrelas durante passagens próximas possa colocar o binário no que vemos hoje.

A grande questão agora é: quão comuns são sistemas como esse? Um foi visto anteriormente em uma galáxia próxima — Kareem El-Badry, o investigador principal do artigo Gaia BH1, também trabalhou para encontrar este anterior — mas o fato de este estar próximo de nós implica que sistemas como esse são comuns. A galáxia tem 120.000 anos-luz de diâmetro, então se essas coisas são raras, então a mais próxima seria extremamente improvável. Se eles são comuns, então Gaia provavelmente encontrará vários outros no futuro; quanto mais tempo observa as mesmas estrelas repetidamente, mais fácil é detectar seus movimentos.

É irônico que saibamos de milhares e milhares de buracos negros em galáxias distantes a milhões e bilhões de anos-luz de distância, porque eles são realmente enormes e liberam quantidades imensas de energia, mas a grande maioria dos buracos negros em nossa própria galáxia são completamente invisíveis para nós.

Agora. Eles são invisíveis agora, mas estamos ficando cada vez melhores em encontrá-los. Eles são escuros, mas não podem se esconder para sempre.

* Vou notar que isso ainda é um longo caminho em termos humanos – 15 quatrilhão quilômetros! — então não é nenhum perigo para nós.

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