Centro da Via Láctea tem milhares de buracos negros, mostra estudo

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O buraco negro supermassivo à espreita no centro de nossa galáxia parece ter muita companhia, de acordo com um novo estudo que sugere que o monstro está cercado por cerca de 10.000 outros buracos negros.

Durante décadas, os cientistas pensaram que os buracos negros deveriam cair no centro das galáxias e se acumular lá, diz Chuck Hailey1, um astrofísico da Universidade de Columbia. Mas os cientistas não tinham provas de que esses objetos exóticos tivessem se reunido no centro da Via Láctea.

“É simplesmente surpreendente que você possa ter uma previsão de um número tão grande de objetos e não encontrar nenhuma evidência para eles”, diz Hailey.

Ele e seus colegas recentemente foram à caça de buracos negros, usando observações do centro galáctico feito por um telescópio da NASA, chamado Chandra X-ray Observatory2.

Os buracos negros isolados são quase impossíveis de se detectar, mas os buracos negros que têm um companheiro — uma estrela em órbita — interagem com essa estrela de maneiras que permitem que o par seja detectado por emissões de raios-X. A equipe procurou por esses sinais em uma região que se estendia por cerca de três anos-luz do buraco negro supermassivo da nossa galáxia.

“Então, estamos olhando bem, bem, bem, bem no centro de nossa galáxia. É um lugar cheio de uma enorme quantidade de gás e poeira, e está repleto de um grande número de estrelas”, disse Hailey ao NPR3.

O que eles encontraram lá: uma dúzia de buracos negros emparelhados com estrelas, de acordo com um estudo publicado na revista Nature4.

Encontrar tantos em uma região tão pequena é significativo, porque até agora os cientistas encontraram evidências de apenas cerca de cinco dúzias de buracos negros em toda a galáxia, diz Hailey, que aponta que nossa galáxia tem 100.000 anos-luz de diâmetro. (Para referência, um ano-luz está um pouco abaixo de 9,46 trilhões de quilômetros ou 5,88 trilhões de milhas.)

Além disso, o centro da nossa galáxia certamente tem muito mais do que a dúzia de buracos negros que acabaram de ser detectados. Os pesquisadores usaram o que se sabe sobre os buracos negros para extrapolar do que eles viram para o que não podiam ver. Seus cálculos mostram que deve haver várias centenas de buracos negros emparelhados com estrelas no centro galáctico e cerca de 10.000 buracos negros isolados.

“Acho que esse é um resultado realmente intrigante”, diz Fiona Harrison5, astrofísica da Caltech, o Instittuto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos. Ela adverte que existem muitas incertezas e que a equipe encontrou apenas um pequeno número de fontes de raios X, “mas os pesquisadores têm a distribuição correta e as características corretas para serem rastros dessa população [de buracos negros] completamente oculta”.

“Eu acho buracos negros realmente fantásticos”, diz Hailey. “Encontrar um grande número de buracos negros é realmente muito bom porque é simplesmente uma quantidade maior para se estudar. Estes são objetos realmente exóticos. Quanto mais deles você puder conseguir, mais divertimento você pode ter os estudando”.

Ele acha que o que eles descobriram deve ajudar os teóricos a fazer previsões melhores sobre quantos choques cósmicos podem ocorrer e gerar ondas gravitacionais detectáveis. Os cientistas só recentemente começaram a detectar essas ondulações no espaço-tempo, que foram preditas por Albert Einstein há cerca de um século.

Comunicado à Imprensa da Columbia University: “New Study Suggests Tens of Thousands of Black Holes Exist in Milky Way’s Center”6

Novo Estudo Propõe Dezenas de Milhares de Buracos Negros no Centro da Via Láctea

Uma equipe de astrofísicos liderada pela Universidade de Columbia descobriu uma dúzia de buracos negros reunidos em torno de Sagitário A * (Sgr A *), o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. A descoberta é a primeira a apoiar uma previsão de décadas, abrindo uma infinidade de oportunidades para entender melhor o universo.

Crédito: NASA/CXC/SAO

“Tudo o que você gostaria de aprender sobre como os grandes buracos negros interagem com pequenos buracos negros, você pode aprender estudando essa distribuição”, disse o astrofísico da Universidade Columbia Chuck Hailey, co-diretor do Columbia Astrophysics Lab e principal autor do estudo. “A Via Láctea é realmente a única galáxia que temos onde podemos estudar como os buracos negros supermassivos interagem com os pequenos, porque simplesmente não podemos ver suas interações em outras galáxias. Em certo sentido, este é o único laboratório que temos para estudar fenômeno.”

O estudo foi publicado na edição de 5 de abril na Nature4.

Por mais de duas décadas, pesquisadores buscaram, sem sucesso, evidências que corroboram a teoria de que milhares de buracos negros cercam buracos negros supermassivos (SMBHs) no centro de grandes galáxias.

“Há apenas cerca de cinco dúzias de buracos negros conhecidos em toda a galáxia — de 100.000 anos-luz de largura — e supõe-se que existam 10.000 a 20.000 dessas objetos em uma região de apenas seis anos-luz de largura que ninguém conseguiu encontrar”, Disse Hailey, acrescentando que extensas buscas infrutíferas foram feitas pelos buracos negros em torno de Sgr A *, o SMBH mais próximo da Terra e, portanto, o mais fácil de estudar. “Não tem havido muita evidência crível.”

Ele explicou que Sgr A * é cercado por um halo de gás e poeira que fornece o terreno ideal para o nascimento de estrelas massivas, que vivem, morrem e podem vir a se transformar em buracos negros. Além disso, acredita-se que os buracos negros de fora do halo caiam sob a influência do SMBH à medida que eles perdem sua energia, fazendo com que eles sejam puxados para a vizinhança do SMBH, onde eles são mantidos em cativeiro por sua força.

Enquanto a maioria dos buracos negros presos permanecem isolados, alguns capturam e se ligam a uma estrela que passa, formando um binário estelar. Os pesquisadores acreditam que há uma grande concentração desses buracos negros isolados e acoplados no Centro Galáctico, formando uma cúspide de densidade que fica mais cheia à medida que a distância até o SMBH diminui.

No passado, as tentativas fracassadas de encontrar evidências de tal cúspide concentraram-se em procurar a explosão brilhante do lampejo de raios X que às vezes ocorre em binários de buracos negros.

“É uma maneira óbvia de querer procurar buracos negros”, disse Hailey, “mas o Centro Galáctico está tão longe da Terra que essas explosões são fortes e brilhantes o suficiente para serem vistas uma vez a cada 100 ou 1.000 anos”. Para detectar binários de buracos negros, Hailey e seus colegas perceberam que precisariam procurar por raios X mais fracos, porém mais estáveis, emitidos quando os binários estão em estado inativo.

“Seria tão fácil se binários de buracos negros rotineiramente emitissem grandes explosões como os binários de estrelas de nêutrons, mas eles não fazem isso, então tivemos que criar outra maneira de procurá-los”, disse Hailey. “Buracos negros isolados e não pareados com uma estrela são apenas negros — eles não fazem nada. Então, procurar buracos negros isolados também não é uma maneira inteligente de encontrá-los. Mas quando os buracos negros se juntam a estrelas de baixa massa, o casamento emite rajadas de raios X, que são mais fracas, mas consistentes e detectáveis. Se pudéssemos encontrar buracos negros que são acoplados a estrelas de baixa massa e, como sabemos que fração do número de buracos negros se acasalarão com estrelas de baixa massa, então, poderíamos inferir cientificamente a população de buracos negros isolados que há”.

Hailey e seus colegas se voltaram para dados de arquivo do Chandra X-ray Observatory para testar sua técnica. Eles procuraram por assinaturas de raios-X emitidas por binários de estrelas de baixa massa com buracos negros em seu estado inativo e foram capazes de encontrar 12 dentro de três anos-luz em Sgr A *. Os pesquisadores então analisaram as propriedades e a distribuição espacial dos sistemas binários identificados e extrapolaram a partir de suas observações que deve haver de 300 a 500 binários de baixa massa e cerca de 10.000 buracos negros isolados na área circundante de Sgr A *.

“Esta descoberta confirma uma teoria importante e as implicações são muitas”, disse Hailey. “Ela vai avançar significativamente na pesquisa de ondas gravitacionais porque conhecer o número de buracos negros no centro de uma galáxia típica pode ajudar a prever melhor quantos eventos de ondas gravitacionais podem estar associados a eles. Todas as informações que os astrofísicos precisam estão no centro da galáxia”.

Os coautores de Hailey no paper incluem: Kaya Mori, Michael E. Berkowitz e Benjamin J. Hord, todos da Columbia University; Franz E. Bauer, Instituto de Astrofísica, Facultad de Física, Pontificia, Universidad Católica de Chile, Millennium Institute of Astrophysics, Vicuña Mackenna e do Instituto de Ciências Espaciais; e Jaesub Hong, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Referências:

  1. Departament of Physics – Charles J. Hailey. Columbia University. <http://physics.columbia.edu/people/profile/408>;
  2. Chandra X-ray Observatory – NASA’s flagship mission for X-ray astronomy. <http://chandra.harvard.edu/>;
  3. GREENFIELDBOYCE, N. Center Of The Milky Way Has Thousands Of Black Holes, Study Shows. NPR, 2018. <https://www.npr.org/sections/thetwo-way/2018/04/04/599437677/new-study-shows-the-center-of-the-milky-way-has-thousands-of-black-holes>/
  4. HAILEY, C J et al. A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the Galaxy. Nature, 2018. DOI:10.1038/nature25029. Disponível em <https://www.nature.com/articles/nature25029>;
  5. Fiona A. Harrion. Caltech – California Institute of Technology. Division of Physics, Mathematics and Astronomy. <http://www.caltech.edu/content/fiona-harrison-0>
  6. New Study Suggests Tens of Thousands of Black Holes Exist in Milky Way’s Center. Columbia University. 04 de abril de 2018. <http://chandra.harvard.edu/press/18_releases/press_040418.html>
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