Os astrônomos encontraram o maior buraco negro de massa estelar na Via Láctea até agora. Com 33 massas solares, supera o recordista anterior, Cygnus X-1, que tem apenas 21 massas solares. A maioria dos buracos negros de massa estelar tem cerca de 10 massas solares, tornando o novo – Gaia BH3 – um verdadeiro gigante.
Buracos negros supermassivos (SMBH), como a estrela de Sagitário A, no coração da Via Láctea, capturam a maior parte da atenção de nossos buracos negros. Esses gigantes podem ter bilhões de massas solares e ter enorme influência nas galáxias hospedeiras.
Mas os buracos de massa estelar são diferentes. Ao contrário dos SMBHs que crescem massivamente através de fusões com outros buracos negros, os buracos negros estelares resultam de estrelas massivas que explodem como supernovas. Os SMBHs são sempre encontrados no centro de uma galáxia massiva, mas os buracos negros estelares podem estar escondidos em qualquer lugar.
“Este é o tipo de descoberta que você faz uma vez na vida de pesquisa.”
Pasquale Panuzzo, Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) do Observatório de Paris
Os astrónomos encontraram BH3 em dados da sonda Gaia da ESA. É o terceiro buraco negro estelar de Gaia. BH3 tem uma companheira estelar, e as 33 massas solares combinadas do buraco negro atraíram sua companheira envelhecida e pobre em metais. A oscilação reveladora da estrela traiu a presença de BH3. A apenas 2.000 anos-luz de distância, BH3 está muito próximo em termos cósmicos.
Uma nova carta de pesquisa em Astronomia e Astrofísica apresentou a descoberta. Seu título é “Descoberta de um buraco negro adormecido de 33 massas solares na astrometria de pré-lançamento de Gaia.” O autor principal é Pasquale Panuzzo, astrônomo do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) do Observatório de Paris.
“Ninguém esperava encontrar um buraco negro de grande massa à espreita nas proximidades, não detectado até agora”, disse Panuzzo. “Este é o tipo de descoberta que você faz uma vez na vida de pesquisa.”
Este buraco negro é notável pela sua massa considerável. Os pesquisadores encontraram buracos negros estelares com massas semelhantes, mas sempre em outras galáxias. O tamanho é confuso, mas os astrofísicos descobriram como eles podem se tornar tão massivos.
Eles poderiam resultar do colapso de estrelas pobres em metais. Estas estrelas são compostas quase inteiramente de hidrogénio e hélio, os elementos primordiais. Os cientistas pensam que estas estrelas perdem menos massa durante o seu tempo de fusão do que outras estrelas. Eles retêm mais massa, então colapsam em buracos negros mais massivos. Esta ideia é baseada na teoria; não há evidências diretas.
Mas o BH3 pode mudar isso.
Estrelas binárias tendem a se formar juntas e têm a mesma metalicidade. Observações posteriores mostraram que a estrela companheira de BH3 é provavelmente um remanescente de um aglomerado globular que a Via Láctea absorveu há mais de oito mil milhões de anos. Como as estrelas binárias tendem a ter a mesma metalicidade, esta companheira pobre em metais reforça a ideia de que estrelas de baixa metalicidade podem reter mais massa e formar buracos negros estelares maiores. Esta é a primeira evidência que apoia a ideia de que estrelas massivas antigas e pobres em metais colapsam em buracos negros massivos. Também apoia a ideia de que estas estrelas primitivas podem ter evoluído de forma diferente das estrelas modernas de massas semelhantes.
Mas há outra interpretação.
Quando as estrelas explodem como supernovas, elas criam elementos mais pesados que são expelidos para o espaço. A companheira não deveria mostrar evidências de contaminação pelos metais da supernova BH3?
“O que me surpreende é que a composição química da companheira é semelhante à que encontramos em estrelas antigas pobres em metais na galáxia,” explica Elisabetta Caffau do CNRS, Observatoire de Paris, também membro da colaboração Gaia. “Não há evidências de que esta estrela tenha sido contaminada pelo material expelido pela explosão de supernova da estrela massiva que se tornou BH3.” Desta perspectiva, o par pode não ter se formado junto. Em vez disso, o buraco negro poderia ter adquirido a sua companheira apenas após o seu nascimento, capturando-a de outro sistema.
BH3 e os outros dois buracos negros encontrados por Gaia estão adormecidos. Isso significa que não há nada próximo o suficiente para eles se “alimentarem”. Embora BH3 tenha um companheiro, fica a cerca de 16 UA de distância. Se BH3 estivesse ativamente acumulando matéria, libertaria energia que trairia a sua presença. Sua dormência permitiu que permanecesse sem ser detectado.
A apenas 2.000 anos-luz de distância, os astrónomos continuarão a estudar BH3.
“Finalmente, a magnitude brilhante do sistema e a sua distância relativamente pequena tornam-no um alvo fácil para futuras observações e análises detalhadas por parte da comunidade astronómica”, escrevem os descobridores na sua carta de investigação.
Esta descoberta pode ter sido acidental, mas não foi acidental. Uma equipe dedicada de pesquisadores vasculha os dados de Gaia em busca de estrelas com companheiras estranhas. Isto inclui exoplanetas leves e pesados, outras estrelas e buracos negros. Gaia não consegue detectar planetas ou buracos negros adormecidos, mas consegue detectar o seu efeito nas suas companheiras estelares.
Os pesquisadores por trás da descoberta divulgaram suas descobertas antes do próximo lançamento oficial de dados de Gaia. Eles sentiram que era importante demais para ficarem sentados. “Demos o passo excepcional de publicar este artigo com base em dados preliminares antes do próximo lançamento de Gaia devido à natureza única da descoberta”, disse a co-autora Elisabetta Caffau, também membro da colaboração Gaia e cientista do CNRS do Observatório de Paris. –PSL.
“Temos trabalhado arduamente para melhorar a forma como processamos conjuntos de dados específicos em comparação com o lançamento de dados anterior (DR3), por isso esperamos descobrir muito mais buracos negros no DR4”, disse Berry Holl, da Universidade de Genebra, na Suíça. membro da colaboração Gaia.
“Esta descoberta também deve ser vista como um teaser preliminar do conteúdo do Gaia DR4, que sem dúvida revelará outros sistemas binários que hospedam um BH”, concluem os autores.
O Gaia DR4 está programado para ser lançado o mais tardar no final de 2023. Se os lançamentos de dados anteriores servirem de indicação, os dados estarão cheios de novas descobertas. Se houver buracos negros binários de massa estelar suficientes nos dados, os astrónomos poderão chegar mais perto de compreender de onde vêm e se estrelas massivas se comportaram de forma diferente no Universo primordial.
