No coração de quase todas as grandes galáxias encontra-se um objeto de proporções imensas – um buraco negro supermassivo. Até bilhões de vezes mais massivos que o nosso Sol, esses titãs conduzem a evolução das galáxias que habitam.
No entanto, os astrônomos não conseguem descobrir como eles ficaram tão grandes. Alguns parecem ter se formado cerca de 600 milhões de anos após o Big Bang, quando o universo tinha apenas 4% de sua idade atual. Do nosso entendimento do crescimento de buracos negros, isso parece impossível. “Simplesmente não há tempo suficiente para construir um buraco negro tão massivo tão cedo no universo”, disse Lukasz Wyrzykowski, astrônomo da Universidade de Varsóvia. Sem, isto é, algo para semear seu crescimento, disse ele.
Acredita-se que essas “sementes” sejam buracos negros de massa intermediária – buracos negros gigantes que caem em uma lacuna de massa entre buracos negros de massa estelar, formados de estrelas mortas, e buracos negros supermassivos. Os buracos negros de massa intermediária devem pesar entre 100 e 100.000 massas solares, e acredita-se que eles constituam uma etapa crucial no crescimento dos monstros no centro das galáxias.
O principal problema é localizá-los. “Os buracos negros não emitem nada”, disse Daniel Holz, astrofísico da Universidade de Chicago. “Então, eles são realmente difíceis de encontrar.”
Os astrônomos já identificaram alguns candidatos potenciais a buracos negros de massa intermediária. No ano passado, eles usaram o Telescópio Espacial Hubble para capturar o que pode ser um buraco negro de 50.000 massas solares comendo uma estrela; outro candidato de massa solar de 20.000, HLX-1, pode estar fazendo o mesmo.
Agora, os pesquisadores dizem que usaram um método inteiramente novo para encontrar um buraco negro com até 55.000 massas solares. A descoberta, publicada na Nature Astronomy, apresenta uma estratégia de busca que tem o potencial de encontrar muitos mais candidatos no futuro.
A pesquisa foi liderada por James Paynter, um estudante de doutorado da Universidade de Melbourne. Em 2018, a supervisor e co-autora de Paynter Rachel Webster pediu-lhe que olhasse um conjunto de dados de cerca de 2.700 explosões de raios gama – explosões brilhantes de energia que se pensava se originar da fusão de estrelas de nêutrons ou supernovas gigantes – reunidas pelo Compton Gamma Ray Observatory da NASA entre 1991 e 2000.
Ele estava procurando por instâncias em que duas explosões de raios gama quase idênticas apareciam em rápida sucessão. O flash duplo pode indicar que uma explosão de raios gama estava sendo “direcionada” por um objeto entre ela e nós – um objeto enorme dobrando a luz da explosão enquanto fazia seu caminho para a Terra. Um objeto massivo, talvez, como um buraco negro de massa intermediária.
Em todo o conjunto de dados de 2.700 rajadas de raios gama, o software automatizado de Paynter sinalizou apenas um evento. Em 1995, Compton viu um flash de uma explosão suspeita de raios gama que disparou quando o universo tinha cerca de 3 bilhões de anos. Meio segundo depois, viu uma explosão quase idêntica.
A equipe concluiu que um buraco negro de massa intermediária estava entre nós e a explosão de raios gama. A explosão de raios gama foi ligeiramente deslocada do centro do buraco negro, então sua luz tomou dois caminhos, um ligeiramente mais longo que o outro. “A lente afeta o caminho de dois fótons que circulam em extremidades opostas”, disse o co-autor Eric Thrane, astrofísico da Monash University. “Esse é o tempo de atraso.”
Nem todo mundo está convencido. Um problema, disse Natalie Webb, astrofísica do Instituto de Pesquisa em Astrofísica e Planetologia da França, é que não sabemos quantos buracos negros de massa intermediária existem no universo. Quanta sorte teríamos de ter nosso planeta perfeitamente alinhado com um desses buracos negros e uma explosão de raios gama? “Algumas pessoas prevêem uma quantidade enorme, 1.000 por galáxia, caso em que esse tipo de coisa provavelmente acontecerá”, disse Webb. “Se você não tivesse uma população tão grande, então sim, seria menos provável.”
Outro problema é que não sabemos o suficiente sobre rajadas de raios gama – talvez eles simplesmente se repitam dessa forma. “Eles são todos tão diferentes e estranhos”, disse Holz. “A verdadeira questão aqui é: será que isso pode ser apenas uma explosão de raio gama de choque duplo?” A lente também pode ter sido causada por um aglomerado globular – uma grande coleção de estrelas antigas – mas a equipe acredita que isso seja improvável, já que os aglomerados globulares são talvez 100 vezes menos prevalentes do que os buracos negros de massa intermediária. “As chances de conseguir um no lugar certo são improváveis”, disse Thrane.
Essa detecção específica ocorreu há mais de duas décadas, então provavelmente nunca saberemos com certeza. A perspectiva mais empolgante é que esse método – procurando buracos negros de massa intermediária que atuem como lentes – poderia ser uma maneira de fazer muitas outras descobertas no futuro. “Identificar uma população de buracos negros de massa intermediária desta forma, através de lentes, seria fascinante”, disse Holz. Wyrzykowski tem usado dados do telescópio Gaia para procurar buracos negros de massa intermediária que desviam a luz das estrelas – não explosões de raios gama – embora ele não tenha tido sorte até agora.
Buracos negros de massa intermediária não nos dariam apenas as sementes cruciais para explicar o crescimento de buracos negros supermassivos; eles também poderiam fornecer evidências para outro mistério cósmico – matéria escura. Pensada para compreender 85% da massa do universo, a matéria escura pode ter sido um ingrediente vital que alimentou o crescimento de buracos negros de massa intermediária. “É muito difícil produzir tal buraco negro com matéria regular”, disse Wyrzykowski. “Você precisa fundir muitas estrelas, e não há tempo suficiente no universo [primitivo].”
Espera-se que os próximos telescópios ajudem na caçada. Os dados de Compton de décadas atrás agora se esgotaram, disse Paynter, mas ainda existem cerca de 7.000 rajadas de raios gama de outros telescópios para peneirar, e o Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA continua a fazer detecções hoje. “Agora é a hora de analisar o resto dos conjuntos de dados e ver se há mais candidatos a lentes”, disse ele.
Quer aconteça por meio deste método ou de outro, muitos estão esperançosos de que o mistério da falta de buracos negros de massa intermediária – e com ele, o crescimento de buracos negros supermassivos – possa ser resolvido em breve. “Todo mundo acredita que eles estão lá fora”, disse Thrane. “Eles devem existir em algum ponto do universo. É apenas uma questão de descobrir onde eles estão. “
Publicado em 30/03/2021 12h59
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