Astrónomos mediram com precisão - e, portanto, confirmaram a existência de - um raro buraco negro de massa intermédia com cerca de 400 vezes a massa do nosso Sol numa galáxia a 12 milhões de anos-luz da Via Láctea. A descoberta, publicada no passado dia 17 de Agosto na revista Nature, usa uma técnica nunca antes aplicada desta maneira, e abre a porta para novos estudos sobre estes objectos misteriosos.
O Universo tem tantos buracos negros que é impossível contá-los todos. Só na nossa Galáxia podem existir 100 milhões destes objectos astronómicos. Quase todos os buracos negros pertencem a uma de duas classes: grande e colossal. Os astrónomos sabem que os buracos negros que variam entre cerca de 10 vezes e 100 vezes a massa do nosso Sol são os remanescentes de estrelas moribundas, e que os buracos negros supermassivos, com mais de um milhão de vezes a massa do Sol, habitam os centros da maioria das galáxias.
Mas espalhados pelo Universo como oásis no deserto, estão alguns buracos negros aparentemente de um tipo mais misterioso. Variando desde uma centena de vezes até algumas centenas de milhares de vezes a massa do Sol, estes buracos negros de massa intermédia são tão difíceis de medir que até a sua existência é por vezes contestada. Pouco se sabe sobre como se formam. E alguns astrónomos questionam se se comportam como outros buracos negros.
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Esta imagem da galáxia M82 é uma composição de dados do Observatório de Raios-X Chandra, do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio Espacial Spitzer. O buraco negro de massa intermédia M82 X-1 é o objecto mais brilhante na ampliação do canto superior direito, aproximadamente às 2 horas do centro da galáxia.
Crédito: NASA/H. Feng et al.
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Agora, uma equipa de astrónomos conseguiu medir com precisão - e assim confirmar a existência de - um buraco negro com aproximadamente 400 vezes a massa do nosso Sol numa galáxia a 12 milhões de anos-luz da Terra. A descoberta, pelo estudante de astronomia Dheeraj Pasham e dois colegas, da Universidade de Maryland, EUA, foi publicada online no dia 17 de Agosto na revista Nature.
O co-autor Richard Mushotzky, professor de astronomia da mesma universidade, diz que o buraco negro em questão é uma versão ideal desta classe de objectos.
"Os objectos nesta escala são os menos esperados de todos os buracos negros," afirma Mushotzky. "Os astrónomos têm vindo a perguntar, será que estes objectos existem ou não? Quais são as suas propriedades? Até agora não tínhamos dados para responder a estas questões." Apesar do buraco negro de massa intermédia que a equipa estudou não ser o primeiro medido, é o primeiro a ser medido com precisão, realça Mushotzky, "estabelecendo-o como um exemplo interessante desta classe de buracos negros."
Um buraco negro é uma região no espaço que contém uma massa tão densa que nem mesmo a luz pode escapar à sua gravidade. Os buracos negros são invisíveis, mas os astrónomos podem encontrá-los ao acompanhar a atracção gravitacional que exercem sobre outros objectos. A matéria que é puxada na direcção do buraco negro reúne-se em seu redor como detritos de uma tempestade que giram em redor do centro de um tornado. Estes materiais cósmicos entram em contacto uns com os outros e produzem fricção e radiação, o que faz com que as regiões imediatamente próximas do buraco negro estejam entre as mais brilhantes do Universo.
Desde a década de 1970 que os astrónomos observam algumas centenas de objectos que pensam ser buracos negros de massa intermédia. Mas não conseguiam medir a sua massa, por isso não podiam ter a certeza. "Por razões que são muito difíceis de explicar, estes objectos têm resistido às técnicas de medição padrão," comenta Mushotzky.
Pasham, que completará o seu doutoramento no dia 22 de Agosto, focou-se num objecto em Messier 82, uma galáxia na constelação de Ursa Maior. M82 é a galáxia "starbust" (galáxia que atravessa um período de formação estelar excepcionalmente activo) mais próxima da Via Láctea, onde estrelas jovens estão em formação. Desde 1999 que um observatório espacial da NASA, o Observatório de Raios-X Chandra, detecta raios-X em M82 a partir de um objecto brilhante prosaicamente apelidado M82 X-1. Os astrónomos, incluindo Mushotzky e o co-autor Tod Strohmayer do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, suspeitam há já quase uma década que o objecto era um buraco negro de massa intermédia, mas as estimativas da sua massa não eram suficientemente definitivas para o confirmar.
Entre 2004 e 2010, o telescópio espacial RXTE (Rossi X-Ray Timing Explorer) da NASA observou M82 X-1 cerca de 800 vezes, registando partículas individuais de raios-X emitidas pelo objecto. Pasham mapeou a densidade e comprimento de onda dos raios-X em cada sequência, agrupou-as e analisou os resultados.
Entre o material que orbita o alegado buraco negro, avistou dois surtos repetidos de radiação. Os surtos mostravam um padrão rítmico de pulsos, um ocorrendo 5,1 vezes por segundo e outro 3,3 vezes por segundo - ou uma proporção de 3:2.
As duas oscilações foram como duas partículas de poeira presas nos sulcos de um disco de vinil a ser tocado num gira-discos, realça Mushotzky. Se as oscilações fossem batidas musicais, produziriam um ritmo sincopado específico.
Os astrónomos podem usar a oscilação de radiação 3:2 para medir a massa de um buraco negro. A técnica tem sido usada em buracos negros mais pequenos, mas nunca tinha sido aplicada para buracos negros de massa intermédia.
Pasham usou as oscilações para estimar que M82 X-1 tem 428 vezes a massa do Sol, com mais ou menos 105 massas solares. Ele não propõe uma explicação para como esta classe de buracos negros se forma. "Precisávamos primeiro de confirmar a sua existência por meio de observações," afirma. "Agora, os teóricos podem começar a trabalhar."
Embora o telescópio Rossi já não esteja operacional, a NASA planeia lançar um novo telescópio de raios-X, o NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), daqui a cerca de dois anos, a ser acoplado à Estação Espacial Internacional. Pasham, que começará uma posição de pesquisa de pós-doutorado no Centro Goddard da NASA no final de Agosto, identificou seis potenciais buracos negros de massa intermédia que o NICER poderá explorar.
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