O enorme enxame globular Omega Centauri intriga os astrónomos há décadas. Deveria estar repleto de buracos negros deixados por estrelas que explodiram, mas as evidências da sua existência são escassas. Agora, utilizando dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble e observações complementares do Telescópio Espacial James Webb, os astrónomos localizaram finalmente o seu primeiro buraco negro de massa estelar neste enxame. A descoberta do primeiro exemplar desta população de buracos negros "desaparecidos" ajudará a aperfeiçoar as teorias atuais sobre a formação de buracos negros em ambientes como Omega Centauri. As conclusões da equipa foram publicadas na passada segunda-feira na revista The Astrophysical Journal Letters.

Omega Centauri é composto por 10 milhões de estrelas ligadas gravitacionalmente. Embora a comunidade astronómica já tivesse encontrado anteriormente, com o Hubble, evidências de que um buraco negro de massa intermédia se esconde no seu centro, os modelos sugerem que este enxame globular também deveria conter cerca de 10.000 buracos negros mais pequenos de massa estelar. Esta notável população de buracos negros escapou à deteção em estudos observacionais anteriores, que utilizaram o método da velocidade radial ou procuraram emissões de rádio e raios X provenientes de material caindo nos buracos negros.

Esta nova descoberta recorre a uma abordagem diferente, conhecida como astrometria, para medir movimentos muito pequenos das estrelas ao longo do tempo. Ao analisar mais de 20 anos de dados de arquivo do Hubble e incorporar dados recentes do Webb para aperfeiçoar ainda mais as suas medições astrométricas, a equipa localizou uma estrela a orbitar um objeto invisível tão massivo que só pode ser um buraco negro. Apelidado de oMEGACat BH-2, é o primeiro buraco negro de massa estelar detetado em Omega Centauri e apresenta algumas características surpreendentes. O buraco negro oMEGACat BH-2 tem uma massa inferior à esperada e, juntamente com a sua estrela companheira visível, a dupla buraco negro-estrela tem o período orbital mais longo de qualquer sistema binário de buracos negros conhecido até à data.

"Com os dados do Hubble e do Webb, conseguimos observar o movimento da estrela visível de sequência principal que faz parte deste sistema binário, que se encontra a cerca de 18.000 anos-luz de distância, no ambiente denso de Omega Centauri", afirmou Matthew Whitaker, da Universidade do Utah, em Salt Lake City, EUA, autor principal do artigo científico. "A precisão destas medições é incrível, chegando a uma fração de um pixel nos detetores do Hubble e do Webb. Não teria sido possível encontrar este buraco negro sem estes dois telescópios espaciais".

As descobertas da equipa aperfeiçoam um estudo anterior realizado por um grupo diferente de cientistas, que sugeria que este sistema binário incluía uma estrela de neutrões. Ao complementar os dados do Hubble da investigação anterior com medições astrométricas de arquivo do Hubble, relativas ao período de 2002 a 2023, e ao integrar dados no infravermelho próximo do Webb para melhorar a precisão, a equipa liderada pela Universidade do Utah conseguiu determinar com maior precisão a massa da companheira escura da estrela visível, descartando a possibilidade de se tratar de uma estrela de neutrões.

"Embora já soubéssemos que a estrela tinha 0,78 massas solares, agora podemos calcular a massa do buraco negro, que é de 4,46 massas solares e, por isso, demasiado grande para ser uma estrela de neutrões. No entanto, a sua massa é muito inferior à que seria esperada num ambiente pobre em metais como o de Omega Centauri. Isto é surpreendente e emocionante", afirmou Anil Seth, da Universidade do Utah, coautor do estudo. "Sabemos agora que uma estrela pobre em metais é capaz de formar um buraco negro como este, e precisamos de descobrir como é que isso acontece. Esta deteção está a fornecer alguns dados àqueles que fazem esse tipo de modelação".

Há muito esperado

Com base nos dados precisos do Hubble e do Webb, a equipa conseguiu rastrear a trajetória da estrela ao longo de mais de 20 anos, durante a sua aproximação máxima ao buraco negro que a acompanha, quando se deslocava mais rapidamente pelo céu. A partir desses dados exaustivos, a equipa determinou que a estrela visível orbita oMEGACat BH-2 uma vez a cada 94 anos, tornando-o o sistema binário com um buraco negro de período mais longo jamais conhecido.

O seu longo período orbital também dá uma pista acerca da origem deste sistema binário. Provavelmente, formou-se dinamicamente, o que significa que a estrela e o seu companheiro, o buraco negro, não começaram juntos, mas sim que se encontraram neste enxame. Os investigadores calcularam que um sistema como oMEGACat BH-2 sobreviverá menos de mil milhões de anos antes de ser destruído por colisões com estrelas próximas, um período muito mais curto do que a idade do enxame globular (aproximadamente 12 mil milhões de anos).

"É importante compreender as populações de buracos negros nos enxames globulares, porque existe incerteza quanto à sua física e formação", afirmou Seth. "Mais especificamente, compreender o processo de formação dos buracos negros e, posteriormente, a formação dinâmica de sistemas binários é vital, pois isso afeta a nossa capacidade de interpretar e compreender os eventos de ondas gravitacionais. Ambientes como o de Omega Centauri são os principais locais onde pensamos que os sistemas binários estão a fundir-se e a criar estas ondas".

A descoberta do buraco negro de massa estelar oMEGACat BH-2, com base no conjunto de dados do Hubble e do Webb, é apenas o início da busca por estas populações de buracos negros esquivos nos enxames globulares.

"Com o Hubble e o Webb, podemos continuar a observar Omega Centauri e a alargar a nossa busca por sistemas semelhantes noutros enxames", afirmou Whitaker. "Estamos também muito entusiasmados com o lançamento do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, porque irá captar imagens do denso Bojo Galáctico, incluindo o Centro Galáctico, com grande regularidade, com uma resolução semelhante à do Hubble e com um campo de visão muito mais amplo. Esperamos conseguir encontrar sistemas binários de buracos negros como este, graças à cadência regular das observações do Roman".

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// Universidade do Utah (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
13/12/2024 - Investigadores descobrem que as estrelas de Omega Centauri movem-se sob a ação de um conjunto de buracos negros
12/07/2024 - Hubble encontra fortes indícios de um buraco negro de massa intermédia em Omega Centauri

Omega Centauri:
Wikipedia
Constellation Guide
SEDS

Enxames globulares:
CCVAlg - Astronomia
SEDS
Wikipedia

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

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
STScI
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST
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JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
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