Descoberta coleção de pequenos buracos negros agrupados

Concentração de buracos negros de massa estelar foi encontrada e medida em aglomerado globular velhíssimo localizado a menos de 8 mil anos-luz da Terra

Imagem do Hubble do aglomerado globular NGC 6397: descoberta surpreendente. Crédito: Nasa, ESA & T. Brown & S. Casertano (STScI); CC BY 4.0. Agradecimento: Nasa, ESA & J. Anderson (STScI)

Os cientistas esperavam encontrar um buraco negro de massa intermediária no coração do aglomerado globular NGC 6397. Em vez disso, porém, encontraram evidências de uma concentração de buracos negros menores escondidos ali. Novos dados do telescópio espacial Hubble, da Nasa/ESA, levaram à primeira medição da extensão de uma coleção de buracos negros em um aglomerado globular colapsado.

Os aglomerados globulares são sistemas estelares extremamente densos, nos quais as estrelas são compactadas juntas. Eles também são tipicamente muito antigos – o aglomerado globular que é o foco deste estudo, NGC 6397, é quase tão antigo quanto o próprio universo. Ele reside a 7.800 anos-luz de distância, o que o torna um dos aglomerados globulares mais próximos da Terra. Por causa de seu núcleo muito denso, é conhecido como um aglomerado com núcleo colapsado.

Quando começaram a estudar o núcleo do NGC 6397, Eduardo Vitral e Gary A. Mamon, do Instituto de Astrofísica de Paris (França), esperavam encontrar evidências de um buraco negro de “massa intermediária” (IMBH). Eles são menores do que os buracos negros supermassivos que ficam nos núcleos de grandes galáxias. No entanto, são maiores do que os buracos negros de massa estelar formados pelo colapso de estrelas massivas.

Os IMBHs são o tão procurado “elo perdido” na evolução dos buracos negros. Sua mera existência é calorosamente debatida, embora alguns candidatos tenham sido encontrados.

Componente invisível

Para procurar o IMBH, Vitral e Mamon analisaram as posições e velocidades das estrelas do aglomerado. Eles fizeram isso usando estimativas anteriores dos movimentos próprios das estrelas a partir de imagens do Hubble do aglomerado ao longo de vários anos, além dos movimentos adequados fornecidos pelo observatório espacial Gaia, da ESA, que mede com precisão as posições, distâncias e movimentos de estrelas. Saber a distância até o aglomerado permitiu que os astrônomos traduzissem os movimentos adequados dessas estrelas em velocidades.

“Nossa análise indicou que as órbitas das estrelas são quase aleatórias em todo o aglomerado globular, em vez de sistematicamente circulares ou muito alongadas”, explicou Mamon.

“Encontramos evidências muito fortes de massa invisível nas densas regiões centrais do aglomerado. Mas ficamos surpresos ao descobrir que essa massa extra não é pontual, mas estendida a uns poucos por cento do tamanho do aglomerado”, acrescentou Vitral.

Esse componente invisível só poderia ser feito de remanescentes (anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros) de estrelas massivas cujas regiões internas entraram em colapso sob sua própria gravidade quando seu combustível nuclear acabou. As estrelas afundaram progressivamente para o centro do aglomerado após interações gravitacionais com estrelas menos massivas próximas. Isso levou à pequena extensão da concentração de massa invisível. Usando a teoria da evolução estelar, os cientistas concluíram que a maior parte da concentração invisível é composta de buracos negros de massa estelar, em vez de anãs brancas ou estrelas de nêutrons que são muito fracas para serem observadas.

Estudo pioneiro

Dois estudos recentes também propuseram que remanescentes estelares e, em particular, buracos negros de massa estelar, poderiam povoar as regiões internas dos aglomerados globulares.

“Nosso estudo é a primeira descoberta a fornecer tanto a massa quanto a extensão do que parece ser uma coleção de buracos negros em um aglomerado globular colapsado”, disse Vitral.

“Nossa análise não teria sido possível sem ter os dados do Hubble para restringir as regiões internas do aglomerado e os dados do Gaia para restringir as formas orbitais das estrelas externas, que por sua vez restringem indiretamente as velocidades das estrelas de primeiro e segundo planos nas regiões internas”, acrescentou Mamon, atestando uma colaboração internacional exemplar.

Os astrônomos também observam que sua descoberta levanta a questão de saber se as fusões desses buracos negros compactados em aglomerados globulares colapsados ​​podem ser uma fonte importante de ondas gravitacionais recentemente detectadas pelo experimento do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (Ligo).

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