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ASTRÓNOMOS CONFIRMAM, INEQUIVOCAMENTE, O BURACO NEGRO MAIS PRÓXIMO DA TERRA
8 de novembro de 2022

 


Impressão de artista do buraco negro mais próximo da Terra e da sua estrela companheira, semelhante ao Sol.
Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

 

Os astrónomos que utilizam o Observatório Gemini, operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation), descobriram o buraco negro mais próximo da Terra. Esta é a primeira deteção inequívoca de um buraco negro de massa estelar dormente na Via Láctea. A sua proximidade da Terra, a apenas 1600 anos-luz de distância, fornece um intrigante alvo de estudo para o avanço da nossa compreensão da evolução dos sistemas binários.

Os buracos negros são os objetos mais extremos do Universo. As versões supermassivas destes objetos inimaginavelmente densos residem provavelmente nos centros de todas as grandes galáxias. Os buracos negros de massa estelar - que têm aproximadamente entre cinco a 100 vezes a massa do Sol - são muito mais comuns, com uma estimativa de 100 milhões só na Via Láctea. No entanto, apenas um punhado foi confirmado até à data e quase todos eles são "ativos" - o que significa que brilham em raios-X à medida que consomem material de uma companheira estelar próxima, ao contrário dos buracos negros adormecidos que não o fazem.

Os astrónomos que utilizam o telescópio Gemini North no Hawaii, um dos telescópios gémeos que perfazem o Observatório Gemini, operado pelo NOIRLab da NSF, descobriram o buraco negro mais próximo da Terra, que os investigadores apelidaram de Gaia BH1. Este buraco negro inativo é cerca de 10 vezes mais massivo do que o Sol e está localizado a cerca de 1600 anos-luz de distância na direção da constelação de Ofiúco, tornando-o três vezes mais próximo da Terra do que o anterior detentor do recorde, um binário de raios-X na direção da constelação de Unicórnio. A nova descoberta foi possível através de observações requintadas do movimento da companheira do buraco negro, uma estrela parecida com o Sol que orbita o buraco negro aproximadamente à mesma distância que a Terra orbita o Sol.

"Pegamos no Sistema Solar, pomos um buraco negro onde o Sol está, e o Sol onde a Terra está, e obtemos este sistema", explicou Kareem El-Badry, astrofísico do Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian e do Instituto Max Planck para Astronomia, autor principal do artigo científico que descreve esta descoberta. "Embora tenham sido reivindicadas muitas deteções de sistemas como este, quase todas estas descobertas foram posteriormente refutadas. Esta é a primeira deteção inequívoca de uma estrela parecida com o Sol numa ampla órbita em torno de um buraco negro de massa estelar na nossa Galáxia".

Embora existam provavelmente milhões de buracos negros de massa estelar a vaguear pela Via Láctea, os poucos que foram detetados foram descobertos devido às suas interações energéticas com uma estrela companheira. À medida que o material de uma estrela próxima espirala em direção ao buraco negro, torna-se sobreaquecido e gera poderosos raios-X e jatos de material. Se um buraco negro não se alimenta ativamente (ou seja, está adormecido), ele simplesmente esconde-se no ambiente.

"Tenho procurado buracos negros adormecidos ao longo dos últimos quatro anos usando uma vasta gama de conjuntos de dados e métodos", disse El-Badry. "As minhas tentativas anteriores - bem como as de outros - deram origem a uma coleção de sistemas binários que se disfarçam de buracos negros, mas esta é a primeira vez que a investigação deu frutos".

A equipa identificou originalmente o sistema como potencialmente anfitrião de um buraco negro através da análise de dados da nave espacial Gaia da ESA. O observatório Gaia captou as minúsculas irregularidades no movimento da estrela provocadas pela gravidade de um objeto massivo e invisível. Para explorar o sistema com mais detalhe, El-Badry e a sua equipa voltaram-se para o instrumento GMOS (Gemini Multi-Object Spectrograph) no Gemini North, que mediu a velocidade da estrela companheira em órbita do buraco negro e forneceu uma medição precisa do seu período orbital. As observações de acompanhamento do Gemini foram cruciais para restringir o movimento orbital e, consequentemente, as massas dos dois componentes do sistema binário, permitindo à equipa identificar o corpo central como um buraco negro cerca de 10 vezes mais massivo do que o nosso Sol.

"As nossas observações de acompanhamento, com o Gemini, confirmaram, sem qualquer dúvida, que o binário contém uma estrela normal e pelo menos um buraco negro adormecido", elaborou El-Badry. "Não conseguimos encontrar nenhum cenário astrofísico plausível que possa explicar a órbita observada do sistema que não envolva pelo menos um buraco negro".

A equipa contou não só com as soberbas capacidades observacionais do Gemini North, mas também com a capacidade do Gemini em fornecer dados num prazo apertado, uma vez que a equipa dispunha apenas de uma pequena janela temporal para realizar as suas observações de acompanhamento.

"Quando obtivemos as primeiras indicações de que o sistema continha um buraco negro, tivemos apenas uma semana antes de os dois objetos se encontrarem na menor separação nas suas órbitas. As medições neste ponto são essenciais para fazer estimativas precisas de massa num sistema binário", disse El-Badry. "A capacidade do Gemini de fornecer observações num curto espaço de tempo foi fundamental para o sucesso do projeto. Se tivéssemos perdido aquela janela de tempo, teríamos de esperar mais um ano".

Os modelos atuais dos astrónomos sobre a evolução dos sistemas binários têm dificuldade em explicar como a peculiar configuração do sistema Gaia BH1 pode ter surgido. Especificamente, a estrela progenitora que mais tarde se transformou no buraco negro recentemente detetado teria sido pelo menos 20 vezes mais massiva do que o nosso Sol. Isto significa que teria vivido apenas alguns milhões de anos. Se ambas as estrelas se formaram ao mesmo tempo, esta estrela massiva ter-se-ia transformado rapidamente numa supergigante, inchando e engolindo a outra estrela antes de esta ter tido tempo de se tornar uma estrela normal de sequência principal, que queima hidrogénio, como o nosso Sol.

Não é de todo claro como a estrela de massa solar pode ter sobrevivido a esse episódio, acabando como uma estrela aparentemente normal, como indicam as observações do binário que alberga o buraco negro. Dos modelos teóricos que permitem a sobrevivência, todos preveem que a estrela de massa solar deveria ter acabado numa órbita muito mais íntima do que a atualmente observada.

Isto pode indicar que existem importantes lacunas na nossa compreensão de como os buracos negros se formam e evoluem nos sistemas binários e também sugere a existência de uma população ainda não explorada de buracos negros dormentes em binários.

"É interessante que este sistema não seja facilmente acomodado por modelos padrão de evolução binária", concluiu El-Badry. "Coloca muitas questões sobre como este sistema binário foi formado, bem como sobre quantos destes buracos negros adormecidos existem por aí".

"Como parte de uma rede de observatórios espaciais e terrestres, o Gemini North não só forneceu evidências forte do buraco negro mais próximo até à data, mas também do primeiro sistema imaculado com buraco negro, desobstruído do habitual gás quente que interage com o objeto", disse Martin Still, do Programa Gemini para a NSF. "Embora isto possa augurar futuras descobertas da população prevista de buracos negros adormecidos na nossa Galáxia, as observações também deixam um mistério por resolver - apesar de uma história partilhada com o seu vizinho exótico - porque é que a estrela companheira neste sistema binário é tão normal?"

 


Adenda pelo CCVAlg - Astronomia: a notícia publicada no passado dia 21 de outubro de 2022, "Investigadores descobrem novo buraco negro 'praticamente no nosso quintal'", diz respeito à descoberta do mesmo alvo. Como podemos constatar ao consultar os artigos científicos das duas notícias, o objeto está catalogado como Gaia DR3 4373465352415301632 em ambos, sendo que no artigo científico desta notícia mais recente os astrónomos decidem passar a referi-lo como Gaia BH1). Em resumo, duas equipas independentes alcançaram o mesmo resultado.


 

 

 

// Observatório Gemini (comunicado de imprensa)
// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck para Astronomia (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

CCVAlg - Astronomia:
21/10/2022 - Investigadores descobrem novo buraco negro "praticamente no nosso quintal"

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Observador

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

Observatório Gemini:
Página principal
Wikipedia

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

 
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