Uma equipa internacional de astrónomos utilizou mais de 500 imagens do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, que abrangem duas décadas, para detetar sete estrelas em movimento rápido na região mais interna de Omega Centauri, o maior e mais brilhante enxame globular do céu. Estas estrelas fornecem novas evidências convincentes da presença de um buraco negro de massa intermédia.

Os buracos negros de massa intermédia (BNMIs) são um "elo perdido" há muito procurado na evolução dos buracos negros. Apenas alguns outros candidatos a BNMI foram encontrados até à data. A maioria dos buracos negros conhecidos ou são extremamente massivos, como os buracos negros supermassivos que se encontram nos núcleos de grandes galáxias, ou são relativamente leves, com uma massa inferior a 100 vezes a do Sol. Os buracos negros são um dos ambientes mais extremos que os seres humanos conhecem e, por isso, são um campo de testes para as leis da física e para a nossa compreensão de como o Universo funciona. Se os BNMIs existem, quão comuns são? Será que um buraco negro supermassivo cresce a partir de um BNMI? Como é que os próprios BNMIs se formam? Serão os enxames estelares densos o seu lar preferido?

Omega Centauri é visível da Terra a olho nu e é um dos objetos celestes preferidos dos observadores de estrelas do hemisfério sul. Embora o enxame esteja a 17.700 anos-luz de distância, situando-se mesmo por cima do plano da Via Láctea, parece quase tão grande quanto a Lua cheia quando visto de uma zona rural escura. A classificação exata de Omega Centauri tem evoluído ao longo do tempo, à medida que a nossa capacidade de o estudar tem melhorado. Foi listado pela primeira vez no catálogo de Ptolomeu há quase dois mil anos como uma única estrela. Edmond Halley referiu-o como uma nebulosa em 1677, e na década de 1830 o astrónomo inglês John Herschel foi o primeiro a reconhecê-lo como um enxame globular.

Os enxames globulares são tipicamente constituídos por até um milhão de estrelas velhas fortemente ligadas entre si pela gravidade e encontram-se tanto na periferia como nas regiões centrais de muitas galáxias, incluindo a nossa. Omega Centauri tem várias características que o distinguem de outros enxames globulares: gira mais depressa do que um enxame globular normal e a sua forma é muito achatada. Além disso, Omega Centauri é cerca de 10 vezes mais massivo do que outros grandes enxames globulares, quase tão massivo como uma pequena galáxia.

Omega Centauri é constituído por cerca de 10 milhões de estrelas ligadas gravitacionalmente. Uma equipa internacional criou agora um enorme catálogo dos movimentos destas estrelas, medindo as velocidades de 1,4 milhões de estrelas através do estudo de mais de 500 imagens do enxame obtidas pelo Hubble. A maioria destas observações destinava-se a calibrar os instrumentos do Hubble e não a ser utilizada para fins científicos, mas acabou por se revelar uma base de dados ideal para os esforços de investigação da equipa. O extenso catálogo, que é o maior catálogo de movimentos para qualquer enxame de estrelas até à data, será disponibilizado abertamente (mais informações disponíveis aqui).

O enxame globular Omega Centauri. Crédito: ESA/Hubble e NASA, M. Häberle (Instituto Max Planck de Astronomia)

"Descobrimos sete estrelas que não deveriam estar lá", explicou Maximilian Häberle, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha, que liderou esta investigação. "Estão a mover-se tão depressa que deveriam escapar do enxame e nunca mais voltar. A explicação mais provável é que um objeto muito massivo está a puxar gravitacionalmente por estas estrelas e a mantê-las perto do centro. O único objeto que pode ser tão massivo é um buraco negro, com uma massa pelo menos 8200 vezes superior à do nosso Sol."

Vários estudos já tinham sugerido a presença de um BNMI em Omega Centauri. No entanto, outros estudos propuseram que a massa poderia ser contribuída por um aglomerado central de buracos negros de massa estelar, e sugeriram que a falta de estrelas em movimento rápido acima da velocidade de escape necessária tornava um BNMI menos provável em comparação.

"Esta descoberta é a evidência mais direta até agora de um BNMI em Omega Centauri," acrescentou Nadine Neumayer, líder da equipa, também do Instituto Max Planck de Astronomia, que iniciou o estudo com Anil Seth da Universidade do Utah nos Estados Unidos. "Isto é excitante porque há muito poucos buracos negros conhecidos com uma massa semelhante. O buraco negro em Omega Centauri pode ser o melhor exemplo de um BNMI na nossa vizinhança cósmica".

A ser confirmado, à distância de 17.700 anos-luz, o candidato a buraco negro fica mais perto da Terra do que o buraco negro com 4,3 milhões massas solares no centro da Via Láctea, que fica a 26.000 anos-luz. Para além do Centro Galáctico, este seria também o único caso conhecido de um conjunto de estrelas estreitamente ligadas a um buraco negro massivo.

A equipa científica espera agora caracterizar o buraco negro. Embora se pense que tenha pelo menos 8200 massas solares, a sua massa exata e a sua posição precisa não são totalmente conhecidas. A equipa pretende também estudar as órbitas das estrelas em rápido movimento, o que requer medições adicionais das respetivas velocidades de linha de visão. A equipa obteve tempo para utilizar o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA e fazer exatamente isso, e tem também outras propostas pendentes para utilizar outros observatórios.

Omega Centauri esteve também em destaque em dados recentemente divulgados pela missão Gaia da ESA, que contém mais de 500.000 estrelas. "Mesmo após 30 anos, o Telescópio Espacial Hubble, com os seus instrumentos de imagem, continua a ser uma das melhores ferramentas para a astrometria de alta precisão em campos estelares muito povoados, regiões onde o Hubble pode fornecer uma sensibilidade acrescida a partir das observações da missão Gaia da ESA", partilhou Mattia Libralato, membro da equipa do INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), e anteriormente da AURA (Association of Universities for Research in Astronomy) para a Agência Espacial Europeia durante o período deste estudo. "Os nossos resultados demonstram a alta resolução e sensibilidade do Hubble, que nos estão a dar novos e excitantes conhecimentos científicos e darão um novo impulso ao tópico dos BNMIs em enxames globulares."

Os resultados foram publicados na revista Nature.

// ESA (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck de Astronomia (comunicado de imprensa)
// Universidade do Utah (comunicado de imprensa)
// Universidade de Queensland (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
13/10/2023 - Novo lançamento de dados do Gaia revela lentes raras, o núcleo de um enxame e ciência imprevista
05/04/2008 - Suspeita-se que Omega Centauri tenha um buraco negro de massa-intermédia

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Omega Centauri:
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Enxames globulares:
CCVAlg - Astronomia
SEDS
Wikipedia

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

Telescópio Espacial Hubble:
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STScI
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