Os astrônomos têm evidências sólidas da existência de buracos negros de massa estelar e buracos negros supermassivos. No entanto, as evidências de Buracos Negros Intermediários (IMBHs) são mais elusivas. Sua existência permanece hipotética.
No entanto, estudo por estudo, evidências estão se acumulando para IMBHs. A mais recente vem do aglomerado globular M15, onde uma estrela em movimento rápido sugere a presença de algo massivo. Poderia ser um IMBH elusivo?
IMBHs preenchem a lacuna entre buracos negros de massa estelar, que têm até cerca de 100 massas solares, e buracos negros supermassivos (SMBHs), que têm milhões a bilhões de massas solares. Embora sua existência ainda não esteja provada, muitos astrônomos esperam que eles sejam encontrados um dia. Os cientistas acham que eles podem se formar de três maneiras diferentes: a fusão de múltiplos buracos negros de massa estelar, o colapso direto de enormes nuvens de gás no início do Universo ou por meio de colisões em ambientes estelares densos.
Aglomerados globulares são locais privilegiados onde IMBHs podem se formar porque a densidade estelar é muito alta em seus núcleos. Em Omega Centauri, o maior Aglomerado Globular (GC) na Via Láctea, estimativas mostram que pode haver vários milhares de estrelas por parsec cúbico, uma densidade incrível de estrelas. Em nossa vizinhança solar, a densidade estelar é de apenas 0,004 estrelas por parsec cúbico.
Vários estudos apontaram para a existência de um IMBH em Omega Centauri e, no verão de 2024, astrônomos encontraram mais evidências com o Telescópio Espacial Hubble.
Novas pesquisas mostram que M15, outra GC da Via Láctea, também pode hospedar um IMBH. Ela é baseada em observações de uma estrela descontrolada de alta velocidade.
A pesquisaintitulado “Uma estrela de alta velocidade recentemente ejetada por um buraco negro de massa intermediária em M15,” foi aceito para publicação na National Science Review. Yang Huang, da Escola de Astronomia e Ciência Espacial da Universidade da Academia Chinesa de Ciências, é o autor principal.
“A existência de buracos negros de massa intermediária (IMBHs) é crucial para a compreensão de vários fenômenos astrofísicos, mas sua existência permanece ilusória, exceto a detecção LIGO-Virgo”, escrevem os autores. Eles estão se referindo a GW190521, o binário de onda gravitacional mais massivo observado. Foi em 2020 e criou um remanescente de buraco negro de 142 massas solares. Alguns chamam isso de primeira detecção de um IMBH.
“Nós relatamos a descoberta de uma estrela de alta velocidade J0731+3717, cuja trajetória retrógrada há cerca de 21 Myr atrás intercepta a do aglomerado globular M15 dentro do raio de maré do aglomerado”, escrevem os pesquisadores. Eles levantam a hipótese de que interações gravitacionais com um IMBH em M15 são responsáveis pela ejeção da estrela.
O raio de maré do aglomerado é a distância do centro de um GC onde a influência gravitacional do GC abre caminho para a da galáxia ao redor. Esta é uma forte evidência de que a estrela pode ter se originado em M15. No entanto, não é a única evidência dos pesquisadores; a metalicidade da estrela também sugere que ela veio de M15. “Tanto sua metalicidade (Fe/H) quanto sua razão de abundância de alfa para ferro (?/Fe) são consistentes com as de M15”, escrevem Huang e seus colegas.
Os pesquisadores compararam a metalicidade e a abundância de alfa-ferro de M15 e da estrela fugitiva com estrelas de APOGEU (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment). APOGEE é uma pesquisa espectroscópica em larga escala de estrelas na Via Láctea. Seus dados são usados para medir populações estelares, química estelar e a história da formação estelar em nossa galáxia, então ele faz uma comparação útil para M15 e a estrela fugitiva.
“É extremamente improvável que a associação de J0731+3717 e M15 seja por puro acaso, dada a probabilidade de associação aleatória, semelhanças químicas e de idade”, explicam os autores.
Esta é uma boa evidência de que a estrela fugitiva se originou em M15. No entanto, a metalicidade não pode nos dizer se um IMBH é responsável por ejetar a estrela. Para isso, os pesquisadores observaram a velocidade e a trajetória da estrela. Eles começaram examinando estrelas de hipervelocidade conhecidas na Via Láctea.
“Para descobrir estrelas de alta velocidade ejetadas de aglomerados globulares, integrações orbitais reversas são realizadas para 934 estrelas de alta velocidade (VGSR ? 400 km s?1) estrelas halo no volume de busca dentro de 5 kpc do Sol e 145 aglomerados globulares galácticos”, explicam os autores. Eles traçaram as trajetórias retrógradas das estrelas e dos aglomerados até 250 milhões de anos atrás. Então, eles calcularam a distância mais próxima para cada par de estrelas e GCs.
“Entre os cem mil pares, apenas J0731+3717 tem a distância mais próxima menor que o raio de maré de M15, tornando-a uma rara candidata de estrela de alta velocidade ejetada de aglomerado”, escrevem os autores.
Há outras maneiras pelas quais um GC pode ejetar uma estrela. Interações com outras estrelas, uma explosão de supernova, interações com uma nuvem de gás massiva ou até mesmo passar muito perto do disco galáctico da Via Láctea são todas causas potenciais. Mas nenhuma delas se encaixa, de acordo com os pesquisadores. “Em resumo, os mecanismos de ejeção alternativos acima não são viáveis para dar o pontapé inicial em J0731+3717 de M15”, concluem os autores.
Ao rejeitar explicações alternativas para a ejeção da estrela, eles ficaram com um IMBH como a única causa viável.
Como outros GCs, M15 tem uma densidade estelar extremamente alta em seu núcleo, uma das mais altas de todos os GCs conhecidos. Os astrônomos acreditam que M15 passou por um processo chamado colapso do núcleoque criou seu centro extremamente compacto repleto de estrelas. O núcleo de M15 é cerca de um milhão de vezes mais denso que nossa vizinhança estelar. É tão denso que até mesmo nossos telescópios mais poderosos têm dificuldade para resolver estrelas individuais. Neste ambiente lotado, espera-se que as estrelas colidam e se fundam com frequência, e as interações entre todos os tipos de objetos estelares são mais prováveis. Isso o torna uma área privilegiada para as fusões de buracos negros de massa estelar em IMBHs.
As evidências para IMBHs estão aumentando, mas ainda não há um consenso generalizado de que sua existência esteja comprovada. No entanto, talvez não tenhamos que esperar muito para que a comunidade científica reúna evidências convincentes o suficiente. “Com o poder crescente do Gaia em andamento e pesquisas espectroscópicas em larga escala, esperamos descobrir dezenas de casos dentro do volume de 5 kpc e dez vezes mais dentro de um volume de 10 kpc, o que deve lançar luz sobre a compreensão do caminho evolutivo de BHs de massa estelar para SMBHs”, explicam os autores.
É até possível que o Event Horizon Telescope ou algo similar que o suceda consiga obter imagens de um IMBH. Muita coisa teria que dar certo para que isso acontecesse, mas é uma possibilidade.
Por enquanto, podemos observar os pesquisadores reunindo evidências incrementais da existência do IMBH e observar o desenrolar da história.
