Os astrónomos que utilizam o Telescópio Espacial Hubble da NASA descobriram o que dizem ser algumas das melhores evidências da presença de uma classe rara de buracos negros de "dimensão intermédia" que pode estar à espreita no coração do enxame globular mais próximo da Terra, localizado a 6000 anos-luz de distância.

Como intensos buracos gravitacionais no tecido do espaço, praticamente todos os buracos negros parecem existir em dois tamanhos: pequenos e enormes. Estima-se que a nossa Galáxia tenha 100 milhões de buracos negros pequenos (várias vezes a massa do nosso Sol) formados a partir da explosão de estrelas. O Universo em geral está inundado de buracos negros supermassivos, com uma massa milhões ou milhares de milhões de vezes superior à do nosso Sol e que se encontram no centro das galáxias.

Os buracos negros de massa intermédia são um elo perdido e há muito procurado, com uma massa algures entre 100 e 100.000 massas solares. Mas como é que se formam, onde se encontram e porque é que parecem ser tão raros?

Os astrónomos identificaram outros possíveis buracos negros de massa intermédia através de uma variedade de técnicas de observação. Dois dos melhores candidatos - 3XMM J215022.4−055108, que o Hubble ajudou a descobrir em 2020, e HLX-1, identificado em 2009 - residem em densos enxames de estrelas na periferia de outras galáxias. Cada um destes possíveis buracos negros tem a massa de dezenas de milhares de sóis e pode ter estado, em tempos, no centro de galáxias anãs. O observatório de raios-X Chandra da NASA também ajudou a fazer muitas descobertas de possíveis buracos negros de massa intermédia, incluindo uma grande amostra em 2018.

Olhando mais perto de casa, foram detetados vários candidatos a buracos negros de massa intermédia em enxames globulares densos que orbitam a nossa Galáxia, a Via Láctea. Por exemplo, em 2008, os astrónomos do Hubble anunciaram a presença suspeita de um buraco negro de massa intermédia no enxame globular Omega Centauri. Por uma série de razões, incluindo a necessidade de mais dados, estes e outros achados de buracos negros de massa intermédia continuam a ser inconclusivos e não excluem teorias alternativas.

As capacidades únicas do Hubble foram agora utilizadas no núcleo do enxame globular Messier 4 (M4), para caçar buracos negros com maior precisão do que em levantamentos anteriores. "Não se pode fazer este tipo de ciência sem o Hubble", disse Eduardo Vitral do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, autor principal de um artigo científico a ser publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

A equipa de Vitral detetou um possível buraco negro de massa intermédia com cerca de 800 massas solares. O objeto suspeito não pode ser observado, mas a sua massa é calculada através do estudo do movimento das estrelas apanhadas no seu campo gravitacional, como abelhas à volta de uma colmeia. A medição do seu movimento requer tempo e muita precisão. É aqui que o Hubble consegue fazer o que nenhum outro telescópio atual consegue. Os astrónomos analisaram 12 anos de observações de M4 pelo Hubble e resolveram estrelas individuais.

A sua equipa estima que o buraco negro de massa intermédia em M4 poderá ter até uma massa 800 vezes superior à do nosso Sol. Os dados do Hubble tendem a excluir teorias alternativas para este objeto, tais como um enxame central compacto de remanescentes estelares não observados, como estrelas de neutrões, ou buracos negros mais pequenos a girar à volta uns dos outros.

"Estamos confiantes de que temos uma região muito pequena com muita massa concentrada. É cerca de três vezes mais pequena do que a massa escura mais densa que já tínhamos encontrado noutros enxames globulares", disse Vitral. "A região é mais compacta do que aquilo que conseguimos reproduzir com simulações numéricas quando temos em conta um conjunto de buracos negros, estrelas de neutrões e anãs brancas segregadas no centro do enxame. Não são capazes de formar uma concentração de massa tão compacta".

Um grupo de objetos tão unidos seria dinamicamente instável. Se o objeto não for um único buraco negro de massa intermédia, seriam necessários cerca de 40 buracos negros mais pequenos, amontoados num espaço com apenas um-décimo de um ano-luz de diâmetro, para produzir os movimentos estelares observados. As consequências seriam a sua fusão e/ou ejeção, num jogo de pinball interestelar.

"Medimos os movimentos das estrelas e as suas posições, e aplicamos modelos físicos que tentam reproduzir esses movimentos. O resultado é a medição de uma extensão de massa escura no centro do enxame", disse Vitral. "Quanto mais perto da massa central, mais aleatoriamente as estrelas se movem. E quanto maior a massa central, mais rápidas são estas velocidades estelares".

Dado que os buracos negros de massa intermédia nos enxames globulares têm sido tão esquivos, Vitral adverte: "Embora não possamos afirmar completamente que se trata de um ponto central de gravidade, podemos mostrar que é muito pequeno. É demasiado pequeno para podermos explicar que não se trata de um único buraco negro. Em alternativa, pode haver um mecanismo estelar que simplesmente não conhecemos, pelo menos no âmbito da física atual".

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Buracos negros:
Wikipedia
Buraco negro de massa intermédia (Wikipedia)
Buraco negro de massa estelar (Wikipedia)
Buraco negro supermassivo (Wikipedia)

Messier 4:
SEDS
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
Hubblesite
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
Catálogo DR3 do Gaia
Wikipedia

Observatório de raios-X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia