No centro de uma massa de estrelas à deriva pela Via Láctea, espreita uma fera.
Localizado a cerca de 6.000 anos-luz de distância, um aglomerado globular conhecido como Messier 4 parece estar agrupado em torno de um buraco negro com cerca de 800 vezes a massa do nosso Sol.
Não é um peso pena, mas também está longe de ser um colosso. Na verdade, o objeto cai em uma faixa de massa intermediária raramente vista, entre buracos negros menores e chonkers supermassivos.
Até agora, nossas únicas detecções desses buracos negros intermediários foram indiretas e inconclusivas, e esta não é exceção.
É, no entanto, um dos melhores candidatos até agora, e próximo o suficiente para que um estudo de acompanhamento possa ser realizado com relativa facilidade. Isso poderia nos ajudar a encontrar finalmente um desses objetos indescritíveis e resolver um dos mistérios mais desconcertantes dos buracos negros.
“A ciência raramente trata de descobrir algo novo em um único momento”, diz o astrônomo Timo Prusti, da Agência Espacial Européia. “Trata-se de ter mais certeza de uma conclusão passo a passo, e isso pode ser um passo para ter certeza de que existem buracos negros de massa intermediária”.
Identificamos um grande número de buracos negros no Universo e há algo muito estranho em sua distribuição de massa. Existem duas populações distintas: buracos negros de massa estelar, até cerca de 100 vezes a massa do Sol; e buracos negros supermassivos, que ficam no coração das galáxias e atingem milhões a bilhões de sóis.
Entre essas duas faixas de massa está… muito pouco, na verdade. Isso constitui um grande enigma, que é basicamente, por que diabos não? Simplesmente não há buracos negros de massa intermediária por aí? Ou eles estão por aí e simplesmente não conseguimos detectá-los por algum motivo?
Sabemos como os buracos negros de massa estelar se formam – o colapso do núcleo de estrelas massivas e fusões entre esses objetos. Mas não temos tanta certeza sobre a formação de buracos negros supermassivos. Eles crescem a partir de fusões sucessivas de buracos negros menores ou sugam material e aumentam de tamanho?
Buracos negros de massa intermediária seriam uma pista, sugerindo que eles podem começar pequenos e crescer com o tempo. Certamente faria muito sentido, mas a escassez deles é um obstáculo bastante eficaz para essa ideia.
Um possível local onde esses buracos negros podem estar à espreita é no coração dos aglomerados globulares. Estes são aglomerados incrivelmente densos e notavelmente esféricos de cerca de 100.000 a 1 milhão de estrelas, que se formaram ao mesmo tempo a partir da mesma nuvem de gás. Estudos anteriores focados em aglomerados globulares encontraram altas concentrações de massa em seus centros consistentes com as faixas de massa de buracos negros de massa intermediária.
Messier 4 é o aglomerado globular mais próximo da Terra. Liderada pelo astrônomo Eduardo Vitral, do Space Telescope Science Institute, uma equipe de pesquisadores usou dois poderosos telescópios espaciais, Hubble e Gaia, para observar de perto as estrelas dentro dele. Eles rastrearam os movimentos de cerca de 6.000 estrelas no aglomerado, para ver se podiam vincular esses movimentos a órbitas em torno de uma massa pequena e densa.
Normalmente, não podemos ver buracos negros se eles não estiverem acumulando matéria ativamente, mas essas órbitas constituiriam uma pista bastante confiável. E seus cálculos revelaram algo, com uma massa de cerca de 800 massas solares. Embora o que esse algo possa ser não esteja claro.
“Usando os dados mais recentes do Gaia e do Hubble, não foi possível distinguir entre uma população escura de remanescentes estelares e uma única fonte pontual maior”, diz Vitral. “Portanto, uma das teorias possíveis é que, em vez de ser um monte de pequenos objetos escuros separados, essa massa escura poderia ser um buraco negro de tamanho médio”.
Para tentar reduzi-lo, a equipe realizou modelagem, removendo estrelas para ver como isso altera a forma da massa. A remoção de uma estrela particularmente rápida espalha a massa por uma distância maior, como você pode ver em um enxame de buracos negros menores e estrelas de nêutrons. A modelagem posterior mostrou que a massa não está espalhada por uma região do espaço grande o suficiente para ser um enxame.
Além disso, um enxame de buracos negros estaria tão próximo que basicamente criaria uma bagunça. As interações gravitacionais enviariam estrelas voando para fora do aglomerado, espalhando-o caoticamente pelo céu. Podemos, de fato, já ter visto os efeitos disso em um aglomerado de estrelas chamado Palomar 5.
“Temos boa confiança de que temos uma região muito pequena com muita massa concentrada. É cerca de três vezes menor que a massa escura mais densa que encontramos antes em outros aglomerados globulares”, diz Vitral.
“Embora não possamos afirmar completamente que é um ponto central de gravidade, podemos mostrar que é muito pequeno. É muito pequeno para podermos explicar além de ser um único buraco negro. Alternativamente, pode haver uma estrela mecanismo que simplesmente não conhecemos, pelo menos dentro da física atual.”
Assim, exceto por novas físicas ou estrelas invisíveis, um buraco negro de massa intermediária parece ser a explicação mais provável por enquanto. No entanto, uma população de buracos negros menores ainda é uma explicação realista. Os pesquisadores aconselham mais observações do aglomerado usando o Hubble e o Telescópio Espacial James Webb para melhor restringir os movimentos das estrelas dentro dele.
Publicado em 03/06/2023 11h13
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