Hubble caça buraco negro intermediário no aglomerado estelar globular Messier 4

setembro 11, 2023

Hubble caça buraco negro intermediário no aglomerado estelar globular Messier 4

Crédito da imagem: ESA/Hubble & NASA

Esta imagem espetacular do aglomerado estelar globular Messier 4 feita pelo do Telescópio Espacial Hubble mostra milhares de estrelas como pontos brilhantes de luz em um fundo preto. No entando elas estão um pouco mais concentradas perto do centro da imagem com as estrelas mais proeminentes aparecendo em azul ou amarelo-laranja. As estrelas mais brilhantes também exibem quatro picos de difração.

O aglomerado é uma densa coleção de várias centenas de milhares de estrelas. Os astrônomos suspeitam que um buraco negro de massa intermediária, pesando até 800 vezes a massa do nosso Sol, esteja à espreita, invisível, em seu núcleo. O M4 é o aglomerado estelar globular mais próximo da Terra. Crédito: ESA/Hubble e NASA

Hubble procura buraco negro de tamanho intermediário perto de casa

Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA apresentaram o que eles dizem ser uma de suas melhores evidências da presença de uma classe rara de buraco negro de "tamanho intermediário" que pode estar à espreita no coração do aglomerado estelar globular mais próximo da Terra, localizado a 6.000 anos-luz de distância.

Como buracos gravitacionais intensos no tecido do espaço, praticamente todos os buracos negros parecem ter dois tamanhos: pequenos e enormes.

Estima-se que nossa galáxia esteja repleta de 100 milhões de pequenos buracos negros (várias vezes a massa do nosso Sol) criados a partir de estrelas que explodiram.

O universo em geral é inundado por buracos negros supermassivos, pesando milhões ou bilhões de vezes a massa do nosso Sol e encontrados nos centros das galáxias.

Um elo perdido há muito procurado é um buraco negro de massa intermediária, pesando cerca de 100 a 100.000 vezes a massa do nosso Sol. Como eles se formariam, onde ficariam e por que parecem ser tão raros?

Os astrônomos identificaram outros possíveis buracos negros de massa intermediária usando uma variedade de técnicas observacionais. Dois dos melhores candidatos – 3XMM J215022.4-055108, que o Hubble ajudou a descobrir em 2020, e HLX-1, identificado em 2009 – residem nos arredores de outras galáxias. Cada um desses possíveis buracos negros tem a massa de dezenas de milhares de sóis e pode ter estado no centro de galáxias anãs. O observatório de raios-X Chandra da NASA também ajudou a fazer muitas descobertas de buracos negros intermediários, incluindo uma grande amostra em 2018.

Olhando muito mais perto de casa, houve uma série de suspeitas de buracos negros de massa intermediária detectados em densos aglomerados globulares de estrelas orbitando nossa galáxia, a Via Láctea.

Por exemplo, em 2008, os astrônomos do Hubble anunciaram a suspeita da presença de um buraco negro de massa intermediária no aglomerado globular Omega Centauri. Por uma série de razões, incluindo a necessidade de mais dados, essas e outras descobertas de buracos negros de massa intermediária ainda permanecem inconclusivas e não descartam teorias alternativas.

Os recursos exclusivos do Hubble agora foram usados para se concentrar no núcleo do aglomerado estelar globular Messier 4 (M4) para caçar buracos negros com maior precisão do que em pesquisas anteriores. “Você não pode fazer esse tipo de ciência sem o Hubble”, disse Eduardo Vitral do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland, e anteriormente do Institut d'Astrophysique de Paris (IAP, Sorbonne University) em Paris, França, líder autor em um artigo a ser publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

A equipe de Vitral detectou um possível buraco negro de massa intermediária de aproximadamente 800 massas solares. O objeto suspeito não pode ser visto, mas sua massa é calculada pelo estudo do movimento das estrelas capturadas em seu campo gravitacional, como abelhas enxameando em torno de uma colmeia. Medir seu movimento leva tempo e muita precisão. É aqui que o Hubble realiza o que nenhum outro telescópio atual pode fazer. Os astrônomos analisaram 12 anos de observações M4 do Hubble e resolveram estrelas pontuais.

Sua equipe estima que o buraco negro em M4 pode ter até 800 vezes a massa do nosso Sol. Os dados do Hubble tendem a descartar teorias alternativas para esse objeto, como um aglomerado central compacto de remanescentes estelares não resolvidos, como estrelas de nêutrons, ou buracos negros menores girando uns en torno dos outros.

"Estamos confiantes de que temos uma região muito pequena com muita massa concentrada. É cerca de três vezes menor que a massa escura mais densa que encontramos antes em outros aglomerados globulares.", disse Vitral. "A região é mais compacta do que podemos reproduzir com simulações numéricas quando levamos em conta uma coleção de buracos negros, estrelas de nêutrons e anãs brancas segregadas no centro do aglomerado. Elas não são capazes de formar uma concentração de massa tão compacta."

Um agrupamento de objetos unidos seria dinamicamente instável. Se o objeto não for um único buraco negro de massa intermediária, seriam necessários cerca de 40 buracos negros menores amontoados em um espaço de apenas um décimo de um ano-luz de diâmetro para produzir os movimentos estelares observados. As consequências são que eles se fundiriam e/ou seriam ejetados em um jogo de pinball interestelar.

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

Como os buracos negros de massa intermediária em aglomerados globulares têm sido tão evasivos, Vitral adverte: "Embora não possamos afirmar completamente que é um ponto central de gravidade, podemos mostrar que é muito pequeno. É muito pequeno para sermos capazes de explicar além de ser um único buraco negro. Alternativamente, pode haver um mecanismo estelar que simplesmente não conhecemos, pelo menos dentro da física atual."

Fonte: Hubblesite/NASA Créditos:Imagem: ESA/Hubble, NASA Ciência: NASA, ESA, Eduardo Vitral (STScI) https://hubblesite.org/contents/news-releases/2023/news-2023-016.html https://esahubble.org/images/potw1236a/

Lançamento: 23/05/2023

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