Buraco negro recém-descoberto pode ser o mais próximo da Terra

Apelidado de “unicórnio”, este objeto estranho está entre os buracos negros mais pequenos alguma vez encontrados e pode ajudar a resolver um dos mistérios de longa data na astrofísica.

Publicado 3/05/2021, 12:16
buraco negro

Um pequeno buraco negro orbita com uma estrela gigante vermelha a cerca de 1.500 anos-luz da Terra. A força do buraco negro sobre a estrela revelou o objeto que até agora era invisível para os astrónomos.

Fotografia de LAUREN FANFER E UNIVERSIDADE ESTADUAL DE OHIO (ILUSTRAÇÃO)

Quão pequeno pode ser um buraco negro? Os astrónomos têm trabalhado durante várias décadas para responder a esta questão, avaliando os buracos negros no nosso canto do universo.

Ao longo dos anos foram encontrados muitos buracos negros grandes e médios – incluindo um monstro supermassivo no coração da nossa galáxia. Mas, até recentemente, nunca se tinham visto sinais de buracos negros pequenos, e isso representava um mistério de longa data na astrofísica.

Agora, os astrónomos descobriram um buraco negro com apenas três vezes a massa do sol, tornando-o num dos mais pequenos alguma vez encontrados – e é o buraco negro de que há conhecimento mais perto da Terra, a apenas 1.500 anos-luz de distância.

“Esta descoberta implica que existem muitos mais [buracos negros pequenos] que podemos encontrar se aumentarmos o volume do espaço onde procuramos”, diz Tharindu Jayasinghe, astrónomo da Universidade Estadual de Ohio e autor principal de um novo artigo que detalha a descoberta na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Esta descoberta pode fomentar um movimento para encontrarmos estes sistemas.”

Tharindu e os seus colegas apelidaram o objeto de “unicórnio”, em parte porque é único e em parte porque foi encontrado na constelação de Monoceros, batizada pelos antigos astrónomos em homenagem à palavra grega para unicórnio. Ao estudar este unicórnio e outros objetos semelhantes, os investigadores esperam obter uma imagem mais clara do que acontece às estrelas nos momentos finais das suas vidas, e descobrir porque é que algumas colapsam para se tornarem buracos negros, enquanto que outras deixam para trás densas camadas estelares, ou estrelas de neutrões.

Procurar o invisível

Dado que nem a luz consegue escapar de um buraco negro, estes objetos só podem ser detetados através de meios indiretos. A maioria dos buracos negros de que há conhecimento foi encontrada através da observação dos raios-x emitidos quando o objeto invisível puxa o material de uma estrela companheira em órbita. À medida que esse material aquece num denso anel em torno do buraco negro, conhecido por disco de acreção, emite radiação que pode ser detetada com telescópios de raios-x.

Contudo, o unicórnio foi encontrado através de um método diferente. A equipa de Tharindu usou dados de uma série de observatórios para medir alterações periódicas no brilho e espectro da luz proveniente de uma estrela gigante vermelha conhecida por V723 Mon. Estes tipos de observações têm sido usados há várias décadas para procurar exoplanetas, que podem ser extremamente difíceis de localizar de forma direta.

A equipa deduziu que um objeto companheiro invisível está a puxar a gigante vermelha, distorcendo-a em forma de gota. Os dados fornecem a massa combinada de ambos os objetos e, se a estrela for mais pesada do que a estimativa da equipa, é possível que o objeto invisível seja uma estrela de neutrões. Mas a equipa acredita que o companheiro é provavelmente um pequeno buraco negro.

Embora o unicórnio esteja a mudar a forma da gigante vermelha, não está a retirar material dela. Isto significa que não há disco de acreção e, portanto, não há raios-x, ou seja, acabou por passar despercebido até agora. A ausência de emissões de raios-x nestes buracos negros “silenciosos” pode explicar as razões pelas quais até agora foram encontrados tão poucos buracos negros pequenos.

Os buracos negros com mais de cinco vezes a massa do nosso sol parecem ser abundantes, mas abaixo desse número, parecem ser escassos. Os astrónomos referem-se a esta intrigante falta de buracos negros pequenos com a expressão “lacuna de massa”.

Preencher a lacuna de massa

Antes da descoberta do unicórnio foram apresentados vários candidatos a buracos negros dentro da lacuna de massa. Em 2019, a mesma equipa anunciou que tinha encontrado um objeto negro a orbitar uma estrela gigante – no entanto, as estimativas para a massa do objeto eram menos precisas e a equipa só conseguiu concluir que era um buraco negro “ou uma inesperada estrela de neutrões massiva”.

No ano passado, outra equipa de astrónomos descobriu o que acreditavam ser um sistema triplo, a cerca de 1.100 anos-luz da Terra, contendo um buraco negro com cerca de quatro massas solares a orbitar com duas estrelas. Se esse sistema realmente contiver um buraco negro, será o mais próximo da Terra de que há conhecimento, mas outras investigações colocam essa descoberta em questão.

Outros potenciais resultados vieram dos detetores de ondas gravitacionais, como o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser, ou LIGO. Em 2019, os astrónomos observaram uma fonte de ondas gravitacionais conhecida por GW190814, que foi provocada pela colisão de dois objetos. Um desses objetos pesava apenas 2.6 massas solares – o que significa que, ou era uma estrela de neutrões extremamente pesada, ou tratava-se do buraco negro mais leve de que há conhecimento. Para além disso, acredita-se que a fusão de duas estrelas de neutrões, observada enquanto evento de ondas gravitacionais em 2017, tenha criado um buraco negro com cerca de 2.8 massas solares.

Os objetos detetados através de ondas gravitacionais são, infelizmente, difíceis de estudar a longo prazo. São objetos que tendem a estar muito para além da nossa galáxia, o que significa que os astrónomos só sabem da sua existência quando emitem uma breve explosão de ondas gravitacionais. Depois, desaparecem para sempre.

O unicórnio, por outro lado, está no nosso quintal galáctico e pode ser estudado durante os anos vindouros. “O facto de a companheira ser uma gigante vermelha e estar por perto torna a observação mais precisa e confiável”, diz Vicky Kalogera, astrónoma da Universidade Northwestern que não participou na nova investigação.

Colapso no espaço-tempo

Os astrónomos esperam que o unicórnio e outros objetos semelhantes revelem a física que governa a formação de buracos negros e estrelas de neutrões. Ambos os objetos se formam quando uma estrela chega ao fim da sua vida, quando esgota o seu abastecimento de combustível nuclear. Mas o destino que aguarda qualquer estrela individual depende da sua massa.

Se a estrela for um pouco maior do que o nosso sol, explode em supernova. O que restar da estrela é comprimido pela gravidade para formar uma estrela de neutrões – um objeto tão denso que o material é compactado com a força de um núcleo atómico.

Porém, se o objeto for muito mais pesado, colapsa ainda mais sob a força da gravidade, criando um buraco negro. Mesmo que a estrela tenha vivido durante dez milhões de anos, a parte final desenrola-se com uma velocidade incrível.

“Num período de um a cinco segundos, a estrela ou explode em supernova e produz uma estrela de neutrões, ou entra em colapso e forma um buraco negro”, diz Todd Thompson, astrónomo da Universidade Estadual de Ohio e um dos coautores do artigo sobre o unicórnio. “Também pode acontecer um caso intermédio, onde explode um pouco, mas ainda tem material a colapsar, produzindo um buraco negro. Tudo isto é decidido em muito pouco tempo.”

Um dos dilemas para os investigadores reside no facto de ser impossível estudar diretamente a física relevante. “Ainda não compreendemos por completo como é que a matéria se comporta em densidades nucleares”, diz Vicky Kalogera. “Esse é o desafio da astronomia: não conseguimos simular estas densidades em laboratório.”

Os buracos negros mais pequenos, como o unicórnio, podem ajudar os cientistas a decifrar esse enigma cósmico.

Talvez seja possível obter uma imagem mais clara quando forem libertados os dados da sonda Gaia da Agência Espacial Europeia, que foi projetada para mapear as posições das estrelas no céu com extrema precisão, talvez revelando mais buracos negros pequenos a puxar as suas estrelas companheiras.

Os astrónomos também estão ansiosamente a aguardar pelos dados da Sloan Digital Sky Survey, que usa um telescópio no Novo México para fornecer visões detalhadas de milhões de objetos celestes, podendo assim revelar o movimento das estrelas conforme estas respondem a companheiros invisíveis. Os buracos negros mais pequenos também podem ser encontrados pelo Observatório Vera C. Rubin, atualmente em construção no Chile.

À medida que mais dados ficam disponíveis, os astrónomos esperam descobrir se a escassez de buracos negros pequenos aponta para algum aspeto novo da física estelar – ou se estão de facto salpicados por toda a galáxia e só agora é que desenvolvemos os meios para os procurar.
 

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

Continuar a Ler

Descubra Nat Geo

  • Animais
  • Meio Ambiente
  • História
  • Ciência
  • Viagem e aventuras
  • Fotografia
  • Espaço
  • Vídeos

Sobre nós

Inscrição

  • Revista
  • Registrar
  • Disney+

Siga-nos

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Todos os direitos reservados