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Sexta-feira, Maio 27, 2022

Pela primeira vez, um buraco negro solitário foi encontrado vagando pela Via Láctea

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Como um casaco de lã antigo, a Via Láctea deve ser absolutamente crivada de buracos negros.

De acordo com nossas melhores estimativas, deve haver tantos quantos 10 milhões a 1 bilhão buracos negros de massa estelar lá fora, vagando pacificamente e silenciosamente pela galáxia. Há apenas um problema quando se trata de contá-los: a menos que eles consigam capturar algum material passageiro em seu campo gravitacional, eles são basicamente invisíveis.

Invisível não significa indetectável, no entanto. Pela primeira vez, uma equipe internacional de cientistas conseguiu detectar um buraco negro solitário e quiescente a pouco menos de 5.200 anos-luz de distância. Sua descoberta, ainda a ser revisada por pares, foi carregada no servidor de pré-impressão arXiv.

Como eles fizeram isso? Bem, como não temos atualmente (e talvez nunca) as ferramentas para sondar um buraco negro diretamente, temos que observar seus efeitos no espaço ao seu redor. Para um buraco negro quiescente, esse efeito é gravitacional. E porque o campo gravitacional de um buraco negro é tão extremo, ele distorce e distorce qualquer luz que possa viajar através dele.

Então, quando algo invisível ampliou a luz de uma estrela distante, tornando-a estranhamente mais brilhante, os astrônomos sabiam que provavelmente havia um campo gravitacional através do qual ela passava.

Esse fenômeno é chamado de microlente gravitacional, e o usamos para identificar objetos pequenos e escuros que, de outra forma, seriam muito difíceis de serem detectados por nossos telescópios. Mas esta é a primeira vez que vemos um buraco negro solitário.

“Relatamos a primeira detecção inequívoca e medição de massa de um buraco negro de massa estelar isolado,” escreveu uma equipe de astrônomos liderada por Kailash Sahu do Space Telescope Science Institute.

“Mostramos que a lente não emite luz detectável, o que, além de ter uma massa maior do que é possível para uma anã branca ou Estrêla de Neutrónsconfirma sua natureza de buraco negro.”

A microlente gravitacional ocorre quando um objeto com um campo gravitacional passa quase exatamente na frente de uma estrela distante.

Esse campo gravitacional causa uma curvatura do espaço-tempo; quando a luz viaja através do campo gravitacional, ela segue essa curvatura, fazendo com que seu caminho se “dobre” efetivamente. Isso aumenta a luz e também muda levemente a posição aparente da estrela distante.

Eventos anteriores de microlentes levaram ao detecções de exoplanetas e estrelas que são muito fracas para ver. Experimentos criados para monitorar o céu detectam milhares de eventos de microlentes todos os anos; a maioria deles são estrelas se movendo na frente de outras estrelas, o que não é surpreendente, considerando quantas estrelas existem por aí.

Em 2 de junho de 2011, duas pesquisas de microlentes separadas – o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) – registraram independentemente um evento que acabou atingindo o pico em 20 de julho.

Este evento, chamado MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462 (abreviado para MOA-11-191/OGLE-11-0462, porque é um bocado), foi notável. Não só foi extraordinariamente longo, cerca de 270 dias, mas também mostrou uma ampliação extraordinariamente alta. Como os eventos de alta ampliação são sensíveis a perturbações, como pode ser visto de um planeta orbitando o objeto da lente, os cientistas convergiram para fazer observações de acompanhamento e realizar análises.

As observações da região foram feitas em oito ocasiões diferentes usando o Telescópio Espacial Hubble, até 2017. Armados com esses dados, Sahu e sua equipe começaram a processar números e descobriram que o melhor ajuste para os dados era um buraco negro, não um buraco negro. Estrela.

Na verdade, eles foram capazes de fazer medições do buraco negro. As mudanças observadas na luz da estrela distante permitiram que a equipe calculasse sua massa e movimento. O buraco negro, eles descobriram, tem uma massa cerca de 7,1 vezes a massa do Sol. Isso tornaria seu horizonte de eventos em torno de apenas 42 quilômetros (26 milhas) de diâmetro.

Reserve um momento para se maravilhar com isso. Os cientistas foram capazes de detectar um objeto invisível com menos de um décimo do comprimento do Grand Canyon de mais de 5.000 anos-luz de distância, estudando a mudança de luz de uma estrela mais distante. Isso é incrível.

E é aqui que fica ainda mais legal. A equipe calculou o quão rápido esse objeto está se movendo pela Via Láctea: 45 quilômetros (28 milhas) por segundo. Isso o torna não apenas um buraco negro antigo, mas um buraco negro fugitivo.

Provavelmente foi ejetado para o espaço quando sua estrela precursora explodiu em uma supernova. Se tal explosão de supernova for desigual, a força desigual pode lançar o núcleo colapsado da estrela para o espaço, no que chamamos de chute natal. Já vimos essas estrelas antes: anã branca LP 40-365 e pulsar PSR J0002+6216 são dois exemplos.

Um estudo de 2019 descobriu que pode haver milhões de buracos negros chutados natalmente zoom em alta velocidade ao redor da Via Láctea. Seria incrivelmente legal se MOA-11-191/OGLE-11-0462 fosse um deles.

É possível que o objeto esteja à deriva em uma região de alta densidade do espaço. Trabalhos futuros, disseram os pesquisadores, podem envolver o uso de telescópios de raios-X sensíveis para determinar se o suposto buraco negro está acumulando algum material do meio interestelar ao seu redor.

Além disso, futuros instrumentos poderão detectar buracos negros de massa estelar ainda mais isolados. Assim que uma população for descoberta e estudada, poderemos usar esses dados para aprender mais sobre o MOA-11-191/OGLE-11-0462 e os buracos negros que habitam a Via Láctea em geral.

A pesquisa da equipe foi submetida a O Jornal Astrofísico e está disponível em arXiv.



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