Astrônomos encontram pista forte da existência de buracos negros médios

Buraco negro localizado, com massa “apenas” 50 mil vezes maior que a do Sol, não está no centro de uma galáxia

Concepção artística de estrela sendo destruída por um buraco negro de massa intermediária. Crédito: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Novos dados do Telescópio Espacial Hubble, da Nasa/ESA, forneceram as evidências mais fortes ainda para a existência de buracos negros de tamanho médio no universo. O Hubble confirma que esse buraco negro de “massa intermediária” reside em um denso aglomerado de estrelas.

Buracos negros de massa intermediária (IMBHs, na sigla em inglês) são um “elo perdido” há muito procurado na evolução desses objetos astronômicos. Alguns outros candidatos a IMBH foram encontrados até o momento. Eles são menores que os buracos negros supermassivos que se encontram nos núcleos de grandes galáxias, mas maiores que os buracos negros de massa estelar formados pelo colapso de estrelas massivas. Esse novo buraco negro tem mais de 50 mil vezes a massa do Sol.

Os IMBHs são difíceis de encontrar. “Buracos negros de massa intermediária são objetos muito esquivos, e por isso é fundamental considerar e descartar cuidadosamente explicações alternativas para cada candidato. Foi isso que o Hubble nos permitiu fazer pelo nosso candidato”, disse Dacheng Lin, da Universidade de New Hampshire (EUA), pesquisador principal do estudo, cujos resultados foram publicados na revista “Astrophysical Journal Letters”.

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Lin e sua equipe usaram o Hubble para acompanhar as pistas do Observatório de Raios X Chandra, da Nasa, e da Missão Multi-Espelho de Raios X da ESA (XMM-Newton), que transporta três telescópios de raios X de alta produtividade e um monitor óptico que faz exposições longas e ininterruptas, fornecendo observações altamente sensíveis.

Explosão poderosa

“A adição de mais observações de raios X nos permitiu entender a produção total de energia”, disse Natalie Webb, membro da equipe da Universidade de Toulouse (França). “Isso nos ajuda a entender o tipo de estrela que foi perturbada pelo buraco negro.”

Em 2006, esses satélites de alta energia detectaram uma poderosa explosão de raios X, mas não ficou claro se eles se originaram de dentro ou de fora da nossa galáxia. Os pesquisadores atribuíram isso a uma estrela sendo despedaçada depois de chegar muito perto de um objeto compacto gravitacionalmente poderoso, como um buraco negro.

Surpreendentemente, a fonte de raios X, denominada 3XMM J215022.4−055108, não estava localizada no centro de uma galáxia, onde normalmente existem buracos negros maciços. Isso gerou esperanças de que um IMBH fosse o culpado, mas antes outra fonte possível do surto de raios X teve que ser descartada: uma estrela de nêutrons da Via Láctea, esfriando depois de ser aquecida a uma temperatura muito alta. Estrelas de nêutrons são os restos extremamente densos de uma estrela que explodiu.

O Hubble foi apontado para a fonte de raios X para resolver sua localização precisa. Imagens profundas e de alta resolução confirmaram que os raios X emanavam não de uma fonte isolada em nossa galáxia, mas sim de um aglomerado estelar distante e denso nos arredores de outra galáxia – exatamente o tipo de lugar em que os astrônomos esperavam encontrar evidências para um IMBH.

Pesquisas anteriores do Hubble mostraram que quanto mais massiva a galáxia, mais massivo é o seu buraco negro. Portanto, o novo resultado sugere que o aglomerado de estrelas que abriga 3XMM J215022.4−055108 pode ser o núcleo despojado de uma galáxia anã de massa mais baixa que foi gravitacionalmente destruída por suas interações estreitas com a galáxia maior que a abriga atualmente.

Difícil de encontrar

Os IMBHs têm sido particularmente difíceis de encontrar porque são menores e menos ativos que os buracos negros supermassivos. Eles não têm fontes de combustível prontamente disponíveis, nem uma força gravitacional forte o suficiente para atrair constantemente estrelas e outros materiais cósmicos e produzir o brilho radial dos raios X. Os astrônomos, portanto, precisam pegar um IMBH em flagrante no ato relativamente raro de devorar uma estrela.

Lin e seus colegas vasculharam o arquivo de dados do XMM-Newton, pesquisando centenas de milhares de fontes para encontrar fortes evidências desse candidato à IMBH. Uma vez encontrado, o brilho dos raios X da estrela destruída permitiu aos astrônomos estimar a massa do buraco negro.

Confirmar um IMBH abre a porta para a possibilidade de que muitos mais se escondem no escuro, esperando para serem entregues por uma estrela que passa muito perto deles. Lin planeja continuar esse meticuloso trabalho de detetive, usando os métodos que sua equipe provou serem bem-sucedidos.

“Estudar a origem e a evolução dos buracos negros de massa intermediária finalmente dará uma resposta sobre como os buracos negros supermassivos que encontramos no centro de galáxias massivas vieram a existir”, acrescentou Webb.

Os buracos negros são um dos ambientes mais extremos que os humanos conhecem e, portanto, são um campo de teste para as leis da física e nossa compreensão de como o universo funciona. Um buraco negro supermassivo cresce a partir de um IMBH? Como se formam os IMBHs? Os aglomerados de estrelas densas são sua casa favorita? Lin e outros astrônomos dos buracos negros têm muitas outras questões interessantes como essas aguardando respostas.