Astrônomos descobrem uma nova classe de buracos negros

Esta é uma impressão artística do HLX-1, representado pelo objeto de luz azul no canto superior esquerdo, localizado na borda da galáxia ESO 243-49.(Imagem: Heidi Sagerud)

Buraco negro médio

Há cerca de um ano, astrônomos europeus e norte-americanos descobriram um buraco negro pesando mais de 500 massas solares.

Localizado a milhões de anos-luz de distância, ele foi batizado de HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1: Fonte de Raios X Hiperluminosa 1).

Agora, cientistas da França, Reino Unido e Estados Unidos acreditam ter encontrado uma comprovação da distância e do brilho desta fonte ultraluminosa de raios X, confirmando que ela realmente está localizada em uma galáxia vizinha.

Os resultados demonstram que o HLX-1 não está nem na nossa própria galáxia e nem é um buraco negro gigante no centro de uma galáxia distante – ou seja, trata-se de uma nova classe de buracos negros, até agora desconhecida.

Os astrônomos sempre desconfiaram da existência de uma classe intermediária de buracos negros, maiores do que os buracos negros estelares e menores do que os buracos negros supermaciços existentes no núcleo das galáxias. Mas, até agora, ninguém havia conseguido encontrar nenhum espécime desses.

Caça aos buracos negros

Os astrônomos afirmam que o HLX-1 é o mais membro mais radical de uma família de objetos astronômicos situados na galáxia ESO 243-49, localizada a 290 milhões de anos-luz da Terra.

Sua luminosidade supera a média dos outros objetos celestes de sua classe por um fator de 100, sendo ainda 10 vezes mais luminoso do que o segundo colocado.

Com isto, os astrônomos estão tendo que rever suas teorias sobre o brilho máximo das fontes ultraluminosas de raios X. A descoberta também dá suporte à ideia de que um buraco negro de massa intermediária pode realmente existir dentro do HLX-1. Até agora, contudo, os cientistas não conseguiram detectar esse buraco negro.

A equipe agora pretende investigar se há mais objetos tão extremos quanto o HLX-1 e comparar os dados sobre ele com os dados de outras grandes fontes ultraluminosas de raios X. Isto poderá ajudá-los a entender a existência de buracos negros de massa intermediária, além de ajudar a determinar a sua localização exata.

Do Inovação Tecnológica

Estrela magnética desafia teoria dos buracos negros

O magnetar desafia as atuais teorias da evolução estelar, uma vez que, segundo estas teorias, uma estrela com massa dessa magnitude deveria transformar-se em um buraco negro, e não em uma estrela magnética. (Imagem: ESO/L. Calçada)

Magnetar

Astrônomos demonstraram pela primeira vez que uma estrela magnética – um tipo incomum de estrela de nêutrons, também conhecida como magnetar – se formou a partir de uma estrela com pelo menos 40 vezes a massa do Sol.

O resultado desafia as atuais teorias da evolução estelar, uma vez que, segundo estas teorias, uma estrela com massa dessa magnitude deveria transformar-se em um buraco negro, e não em uma estrela magnética.

Isto deixa novamente em aberto uma questão fundamental: que quantidade de massa deve possuir uma estrela para dar origem a um buraco negro?

Zoológico estelar

Os astrônomos usaram o Very Large Telescope, do ESO (Observatório Europeu do Sul), para observar em grande detalhe o enxame estelar Westerlund 1, situado a 16.000 anos-luz de distância da Terra, na constelação austral do Altar.

A partir de estudos anteriores, os astrônomos sabiam já que Westerlund 1 é o super enxame estelar mais próximo conhecido, contendo centenas de estrelas de grande massa, algumas que brilham com a luminosidade de quase um milhão de sóis e outras com duas mil vezes o diâmetro do Sol (tão grandes como a órbita de Saturno).

“Se o Sol estivesse situado no centro deste enxame, o nosso céu noturno estaria repleto de centenas de estrelas tão brilhantes como a Lua Cheia,” diz Ben Richie, autor principal do artigo científico que apresenta estes resultados.

Westerlund 1 é um fantástico zoológico estelar, contendo estrelas diversas e exóticas. Mas as estrelas no enxame partilham uma coisa em comum: todas têm a mesma idade, estimada entre 3,5 e 5 milhões de anos, já que o enxame se formou a partir de um único evento cósmico.

Efeitos da gravidade extrema são revelados pelo oxigênio

Devido à sua natureza extremamente compacta, é praticamente impossível fotografar diretamente as imediações de uma estrela de nêutrons e o seu disco de acreção.(Imagem: ESA)

Campos gravitacionais

Astrônomos do Instituto de Pesquisas Espaciais (SRON) e da Universidade de Utrecht, na Holanda, detectaram pela primeira vez sinais de campos gravitacionais extremamente fortes registrados em uma linha de emissão de oxigênio.

A assinatura do oxigênio foi detectada nos raios X emitidos por uma estrela de nêutrons que está “engolindo” uma anã branca.

Embora a gravidade extremamente forte nas proximidades de estrelas de nêutrons e de buracos negros já tenha sido estudada antes de forma similar, este resultado é único – esta é a primeira vez que os efeitos da força da gravidade em uma intensidade extrema são revelados pelo oxigênio.

Até hoje, o processo somente havia sido detectado pela assinatura de átomos de ferro. Ocorre que as características dessas chamadas “linhas de ferro” são contestadas, o que as torna menos adequadas para medições.

Sagitário: olhe o céu em direção ao centro da Via Láctea

Quando olhamos à vista desarmada na direção da constelação de Sagitário, pouca coisa se vê. São estrelas e mais estrelas que se multiplicam à medida que binóculos e telescópios mais potentes são empregados. Entretanto, é ao redor desse ponto que nossa Galáxia gira. Quando olhamos para Sagitário estamos observando diretamente o centro da Via Láctea.

Imagem de parte da Via Láctea feita pelos telescópios do projeto 2MASS, que estuda o céu no comprimento de onda do infravermelho. (Crédito: 2MASS - The Two Micron All Sky Survey)

Estima-se que aproximadamente 200 bilhões de estrelas façam parte desse sistema. Com massa estimada em quase dois trilhões de massas solares, nossa Galáxia tem entre 13.5 e 13.8 bilhões de anos e seu centro está localizado a aproximadamente 30 mil anos-luz de distância da Terra.

O centro galáctico é um lugar bastante tumultuado. Observá-lo através da luz visível não é uma tarefa fácil já que a poeira cósmica obscurece praticamente toda a luz emitida, mas quando sondado no comprimento de onda do infravermelho milhões de estrelas podem ser vistas.

A imagem acima foi captada nesse seguimento do espectro por dois telescópios do projeto 2MASS, instalados em Monte Hopkins, no Arizona e próximo a La Serena, no Chile. Na cena, o centro da Galáxia aparece em tons brilhante no canto inferior esquerdo da foto, enquanto o plano da galáxia, no qual nosso Sol orbita, é visto na forma de uma faixa diagonal escurecida, composta de poeira cósmica criada nas atmosferas de estrelas gigantes vermelhas.

Buracos negros gigantes podem destruir galáxias inteiras

O novo estudo revela o poder impressionante dos buracos negros gigantes, que têm capacidade de roubar de galáxias imensas todos os gases necessários para a formação de novas estrelas. (Imagem: A. Fabian/STScI/NASA)

Pior do que ficção

Os escritores de ficção científica adoram os buracos negros, seja pelo mistério que os envolve, pelo seu poder destrutivo ou pela sua eventual capacidade de funcionarem como pontes para outros universos.

E uma nova pesquisa parece não apenas aumentar o suporte científico a essas visões românticas desses corpos celestes verdadeiramente misteriosos, como também fazê-las parecer singelas e até pouco imaginativas.

Destruidores de galáxias

O novo estudo revela o poder impressionante dos buracos negros gigantes, que têm capacidade de roubar de galáxias imensas todos os gases necessários para a formação de novas estrelas, deixando para trás apenas gigantes vermelhas, que envelhecem até desaparecer, sem que novas estrelas sejam formadas para substitui-las.

O resultado é que a galáxia permanece povoada pelas estrelas mais velhas, sem um processo de formação de estrelas jovens que possam substitui-las, sentenciada fatalmente à extinção.

Disco de acreção

Os astrônomos britânicos utilizaram imagens com resolução e profundidade sem precedentes, obtidas pelos novos instrumentos do telescópio espacial Hubble e do telescópio Chandra, que rastreia o Universo na faixa dos raios X.

Os dados permitiram que eles detectassem buracos negros supermaciços em galáxias muito distantes.

Os pesquisadores analisaram galáxias que emitem elevados níveis de radiação e de raios X – a assinatura clássica de buracos negros devorando gás e poeira por meio do processo chamado acreção, a atração de matéria por meio da força gravitacional.

Nesse processo, à medida que a matéria se revolve ao redor do horizonte de eventos de um buraco negro, ela se aquece e irradia energia na forma de um disco de acreção.

Buraco negro brilhante

O que os cientistas agora descobriram foi que, em buracos negros incrivelmente grandes, essa radiação pode alcançar proporções gigantescas, emitindo raios X em uma quantidade muito superior às emissões de todos os outros objetos da galáxia juntos.

Isso significa que, na faixa dos raios X, o buraco negra acaba “brilhando” mais do que toda a galáxia da qual ele faz parte – esses buracos negros supermaciços localizam-se bem no centro das galáxias.

Na verdade, segundo os cientistas, a quantidade de energia liberada no processo de acreção é tão grande que seria suficiente para “roubar” todo o gás da galáxia pelo menos 25 vezes.

Os resultados também mostraram que a grande maioria da radiação de raios X presente no Universo é produzida nesses discos de acreção ao redor de buracos negros supermaciços, com uma pequena parte dela sendo produzida por todos os outros objetos combinados, incluindo galáxias e estrelas de nêutrons.

Buraco negro condenado

Como o disco de acreção brilha em todos os comprimentos de onda – das ondas de rádio até os raios gama – ele acelera os movimentos aleatórios dos gases frios que circundam o coração da galáxia, tornando-os mais quentes e empurrando-os para fora do centro da galáxia, onde esses gases se tornam menos densos.

Ocorre que os gases precisam ser frios e densos para se aglutinarem pela ação da gravidade para formar novas estrelas.

Os cientistas calculam que os gases frios e menos densos resultantes da ação dos buracos negros gigantes demorariam um tempo maior do que a idade do Universo para voltarem às condições propícias à formação de estrelas.

O resultado é que uma galáxia condenada a se extinguir, sem um processo de formação de estrelas jovens para substituir as que vão morrendo.

E o processo é igualmente fatal para o buraco negro – ao empurrar o gás para longe do centro da galáxia, o disco de acreção deixa o super buraco negro sem material novo para devorar, eventualmente levando à sua extinção.

Vírus cósmicos

“Acredita-se que os buracos negros formam-se no interior de suas galáxias hospedeiras e crescem em proporção com elas, formando um disco de acreção que acabará por destruir sua hospedeira. Nesse sentido, eles podem ser descritas como tendo uma natureza viral”, afirma Asa Bluck, principal autor do artigo que descreve a descoberta.

“As galáxias maciças são minoria no nosso universo visível – calcula-se que cerca de uma em cada mil galáxias seja gigante, mas pode ser muito menos do que isso. E apenas um terço delas têm buracos negros supermaciços em seu centro. É por isso que é tão interessante que este tipo de buraco negro produza a maior parte da luz de raios X no Universo. Eles são a minoria, mas dominam a produção de energia,” diz Bluck.