Usando dados da missão Gaia da ESA, os astrónomos descobriram um sistema binário próximo composto por uma estrela gigante que orbita um buraco negro adormecido de origem estelar há 11,6 anos. A massa estimada do buraco negro (33 massas solares) é substancialmente maior do que a de todos os buracos negros de massa estelar conhecidos na Via Láctea e está na faixa de massa dos buracos negros extragalácticos detectados por ondas gravitacionais.
A localização dos três primeiros buracos negros descobertos pela missão Gaia da ESA na Via Láctea. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC.
O sistema binário em questão, denominado Gaia BH3, reside a 1.926 anos-luz de distância da Terra, na constelação de Áquila.
Também conhecida como Gaia DR3 4318465066420528000, LS II +14 13 e 2MASS J19391872+1455542, consiste em uma estrela gigante antiga e muito pobre em metais e um buraco negro de massa estelar adormecido.
Gaia BH3 é o terceiro buraco negro adormecido encontrado pelo satélite de mapeamento estelar da ESA, Gaia.
“Este é o tipo de descoberta que você faz uma vez na vida de pesquisa”, disse o Dr. Pasquale Panuzzo, astrônomo do CNRS e do Observatório de Paris.
“Até agora, buracos negros deste tamanho só foram detectados em galáxias distantes pela Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, graças a observações de ondas gravitacionais.”
A massa média dos buracos negros conhecidos de origem estelar na nossa Galáxia é de cerca de 10 massas solares.
Os astrónomos enfrentam a questão premente de explicar a origem de buracos negros tão grandes como Gaia BH3.
A nossa compreensão atual de como as estrelas massivas evoluem e morrem não explica imediatamente como surgiram estes tipos de buracos negros.
A maioria das teorias prevê que, à medida que envelhecem, as estrelas massivas libertam uma parte considerável da sua matéria através de ventos fortes; em última análise, eles são parcialmente lançados no espaço quando explodem como supernovas.
O que resta do seu núcleo contrai-se ainda mais para se tornar uma estrela de neutrões ou um buraco negro, dependendo da sua massa.
Núcleos grandes o suficiente para acabarem como buracos negros de 30 massas solares são muito difíceis de explicar. No entanto, uma pista para este enigma pode estar muito próxima de Gaia BH3.
A estrela que orbita Gaia BH3 a cerca de 16 vezes a distância Sol-Terra é bastante incomum: uma antiga estrela gigante, que se formou nos primeiros dois mil milhões de anos após o Big Bang, na altura em que a nossa Galáxia começou a formar-se.
Pertence à família do halo estelar galáctico e se move na direção oposta às estrelas do disco galáctico.
A sua trajetória indica que esta estrela provavelmente fazia parte de uma pequena galáxia, ou de um aglomerado globular, engolfado pela Via Láctea há mais de 8 mil milhões de anos.
A estrela companheira tem muito poucos elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio, indicando que a estrela massiva que se tornou Gaia BH3 também poderia ter sido muito pobre em elementos pesados.
Apoia, pela primeira vez, a teoria de que os buracos negros de grande massa observados por experiências de ondas gravitacionais foram produzidos pelo colapso de estrelas massivas primitivas pobres em elementos pesados.
Estas estrelas primitivas podem ter evoluído de forma diferente das estrelas massivas que vemos atualmente na nossa Galáxia.
A composição da estrela companheira também pode esclarecer o mecanismo de formação deste surpreendente sistema binário.
“O que me impressiona é que a composição química da companheira é semelhante à que encontramos nas antigas estrelas pobres em metais da Galáxia”, disse a Dra. Elisabetta Caffau, astrónoma do CNRS e do Observatório de Paris.
“Não há evidências de que esta estrela tenha sido contaminada pelo material expelido pela explosão de supernova da estrela massiva que se tornou BH3.”
“Isto pode sugerir que o buraco negro adquiriu a sua companheira apenas após o seu nascimento, capturando-a de outro sistema.”
As equipes papel será publicado na revista Astronomia e Astrofísica.
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P. Panuzzo e outros. (Colaboração Gaia). 2024. Descoberta de um buraco negro adormecido de 33 massas solares na astrometria de pré-lançamento de Gaia. A&A, no prelo; doi: 10.1051/0004-6361/202449763
