Buraco Negro Mais Próximo da Terra ‘Escondido à Vista de Todos’

O enorme objeto cósmico está à espreita num sistema estelar que se pode ver a olho nu.

Tuesday, May 12, 2020,
Por Michael Greshko
Esta ilustração mostra as órbitas dos objetos no sistema triplo HR 6819. Este sistema é composto ...

Esta ilustração mostra as órbitas dos objetos no sistema triplo HR 6819. Este sistema é composto por uma estrela interna (órbita a azul) e por um buraco negro descoberto recentemente (órbita a vermelho), para além de uma terceira estrela que tem uma órbita mais ampla (também a azul).

Fotografia de ESO/L. CALÇADA (ILUSTRAÇÃO)

Durante o inverno no hemisfério sul, há um ponto de luz azul que brilha por cima da constelação Telescópio. Este pontinho brilhante no céu, que parece uma estrela brilhante, são na verdade duas estrelas em órbita perto uma da outra – acompanhadas pelo buraco negro mais próximo da Terra de que há conhecimento.

Este buraco negro descoberto recentemente está no sistema estelar HR 6819, a cerca de 1011 anos-luz de distância do nosso sistema solar. Revelado no dia 6 de maio na Astronomy & Astrophysics, este objeto invisível está fixado numa órbita com duas estrelas visíveis. Estima-se que tenha cerca de quatro vezes a massa do nosso sol e que esteja cerca de 2500 anos-luz mais perto do que o outro buraco negro mais próximo.

“Parece que tem estado escondido à vista de todos”, diz o astrónomo Kareem El-Badry, doutorando na Universidade da Califórnia, em Berkeley, que se especializa em sistemas binários de estrelas – Kareem não participou no estudo. “É um sistema de estrelas suficientemente brilhante que as pessoas estudam desde os anos 1980, mas parece que tinha algumas surpresas.”

O sistema HR 6819 pode ser visto no centro desta visão ampla do céu, criada a partir de imagens que fazem parte do Digitized Sky Survey 2. As duas estrelas estão tão perto uma da outra que parecem apenas uma, e o sistema triplo também inclui o buraco negro mais próximo da Terra encontrado até agora.

Fotografia de ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Numa escala humana, mil anos-luz é uma distância enorme. Se um modelo da Via Láctea tivesse uma escala onde a Terra e o sol estivessem distanciados por um fio de cabelo, o HR 6819 estaria a cerca de 6.5 km de distância. Mas no esquema geral da galáxia, que tem mais de 100 mil anos-luz de diâmetro, o HR 6819 está bastante próximo e sugere que a Via Láctea pode estar repleta de buracos negros.

“Se encontramos um que está bastante próximo de nós e assumimos que não é nada de especial, então devem estar por todo o lado”, diz o autor principal do estudo, Thomas Rivinius, astrónomo do Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile.

Buracos negros a rodopiar com estrelas
Os investigadores calculam há muito tempo que a Via Láctea é o lar de centenas de milhões de buracos negros, objetos extremamente densos cujos campos gravitacionais são tão intensos que nem a luz consegue escapar. Mas encontrar estes objetos escuros tem-se revelado extremamente difícil. Já foram avistados dezenas de buracos negros na galáxia a “alimentarem-se” de nuvens de gás – um processo que emite raios-x quando o material gira em torno dos limites do buraco negro. Mas a maioria dos buracos negros na nossa galáxia é invisível, por isso, a única forma de os encontrar é através da observação dos seus efeitos gravitacionais nos objetos circundantes.

Os astrónomos que estudam o HR 6819 nem sequer estavam à procura de buracos negros. Em vez disso, queriam aprender mais sobre um par de estrelas estranhas que se orbitam uma à outra.

A estrela externa, conhecida por estrela Be, é várias vezes mais massiva do que o sol, queima de forma mais intensa e tem um tom azulado. No equador da estrela, a sua superfície gira a mais de 480 km por segundo, ou mais de duzentas a velocidade do equador do sol. “A rotação é tão rápida que o material quase que voa por si próprio”, diz Rivinius.

Em 2004, uma campanha de observação de quatro meses do HR 6819, feita com o telescópio MPG/ESO 2.2 metros no Observatório La Silla, no Chile, revelou sinais de que o sistema não era um par de estrelas binárias padrão. A estrela interna “normal” parecia estar a orbitar outro objeto a cada 40.3 dias, enquanto que a estrela Be maior orbitava a uma distância muito superior, circulando a estrela interna e o terceiro objeto misterioso.

Cinco anos depois, Stan Štefl, do Observatório Europeu do Sul, começou a revisitar as observações, que continham indícios de que um buraco negro podia estar à espreita no HR 6819. Contudo, em 2014, Štefl morreu num acidente de viação, interrompendo assim o trabalho.

Em novembro de 2019, Thomas Rivinius, especialista em estrelas Be e colega de longa data de Štefl, encontrou novas razões para revisitar o HR 6819. Um grupo de investigação diferente tinha publicado um estudo que detalhava um sistema estelar apelidado de LB-1. Este sistema tinha um buraco negro cerca de 70 vezes mais massivo do que o nosso sol. Mas este trabalho levantou imediatamente algumas questões. Com base no que os físicos sabem sobre a formação de buracos negros de massa estelar – que se formam no rescaldo de uma supernova de uma estrela enorme – os buracos negros com esta massa não se deviam conseguir formar. Quando uma estrela com tamanho suficiente para produzir buracos negros desta magnitude morre, explode de tal forma que os detritos não conseguem colapsar sobre si.

Porém, a equipa de Rivinius reparou que os dados do LB-1 se assemelhavam ao que tinha sido observado anos antes no HR 6819. A equipa começou a caracterizar o terceiro objeto misterioso do sistema e, com base nos cálculos orbitais e no brilho da estrela interna, o objeto invisível era pelo menos 4.2 vezes mais massivo do que o nosso sol – semelhante a outros buracos negros conhecidos na Via Láctea.

Um alvo invisível
Se o objeto tiver cerca de quatro massas solares, não pode ser uma estrela normal, já que uma estrela desse tamanho seria “muito fácil de detetar”, diz o coautor do estudo Dietrich Baade, cientista emérito do ESO. E também é massivo demais para ser uma estrela de neutrões – os densos núcleos estelares colapsados depois da explosão de uma supernova.

Só há um tipo de objeto que pode explicar estas medições: um buraco negro.

Mas todos os estudos sobre sistemas como o HR 6819, que tem vários objetos em proximidade, lidam com algumas fontes potenciais de erro, diz El-Badry. A estrela Be externa e a estrela interna do HR 6819 estão demasiado próximas uma da outra para serem observáveis com um telescópio ótico. As duas estrelas só podem ser identificadas pelos diferentes espectros de luz que emitem.

Em alguns casos, as estrelas mais velhas “desprovidas” de hidrogénio externo conseguem imitar a aparência de estrelas mais jovens e mais massivas. Se a estrela interna do HR 6819 for uma imitação, os investigadores terão de recalcular a massa que se assume para o buraco negro.

Nos trabalhos de acompanhamento, os investigadores liderados pelo coautor do estudo, Petr Hadrava, pretendem “desenrolar” a luz emitida pelo HR 6819 e revelar os espectros exatos das duas estrelas, algo que deve revelar as suas identidades. El-Badry acrescenta que o telescópio espacial Gaia da Agência Espacial Europeia, que está a mapear a Via Láctea com uma precisão sem precedentes, pode fornecer mais detalhes sobre as órbitas do HR 6819. E como o sistema é bastante próximo, os astrónomos conseguem identificar as duas estrelas individualmente através de uma técnica chamada interferometria, que liga vários telescópios – semelhante à forma como uma rede de telescópios revelou a silhueta de um buraco negro supermassivo.

“Geralmente, quando temos um buraco negro com uma estrela à sua volta, não conseguimos ver a estrela a girar em torno do buraco negro”, diz a coautora do estudo, Marianne Heida, pós-doutoranda no ESO. “Este está muito perto, devemos conseguir ver o seu movimento... e isso significa que podemos ter uma noção mais acertada sobre a massa do buraco negro, isto se correr tudo bem.”

Enquanto os investigadores planeiam os próximos passos, também prestam homenagem a Stan Štefl, a força motriz responsável pela descoberta deste buraco negro. “O Stan era muito cauteloso”, diz Rivinius com um sorriso. “Provavelmente ele olhava para mim agora e dizia algo do género: Tens mesmo a certeza?”

 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com.

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