Astrônomos encontram o primeiro buraco negro vagando pela Via Láctea!

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Explorando uma propriedade bizarra de buracos negros e gravidade, os astrônomos podem ter feito a primeira detecção inequívoca de um buraco negro de massa estelar isolado em nossa galáxia, incluindo uma medição de sua massa e distância! Se isso acontecer, será o primeiro buraco negro de massa estelar desonesto encontrado em qualquer lugar que não foi detectado ao comer violentamente uma estrela ou algum outro objeto. A noticia é da publicação SyFy.

Para ser claro: o artigo ainda não foi revisado por pares, mas foi submetido ao The Astrophysical Journal (link para o artigo). Conheço alguns dos autores pessoalmente e pela reputação, e é uma lista impressionante. Ainda assim, tenha em mente que ainda não foi cientificamente examinado por um árbitro externo.

O buraco negro não tem um nome em si, mas o evento que desencadeou sua descoberta é chamado MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462. Se confirmado, tem uma massa de aproximadamente 7 vezes a do Sol e está a pouco mais de 5.000 anos-luz de distância. Essa é uma longa caminhada, então não há necessidade de se preocupar com a morte iminente dos céus neste.

Imagem do Telescópio Espacial Hubble da estrela observada por um buraco negro isolado em 2001 (círculo central). Ele fica em um campo lotado de estrelas perto do centro galáctico, escolhido para maximizar a capacidade de ver um evento de lente gravitacional. Foto: Sahu et al. 2022

Algumas dezenas de buracos negros foram encontrados em nossa galáxia Via Láctea, a maioria dos quais ainda aguarda confirmação. A coisa sobre os buracos negros é que eles são negros, então eles não emitem luz própria, tornando-os difíceis de detectar. Eles são encontrados por seus efeitos em objetos e materiais ao seu redor. A matéria que cai aquece e pode emitir enormes quantidades de energia, tornando-as incrivelmente brilhantes. A maioria dos buracos negros locais são encontrados quando orbitam uma estrela como o Sol, extraem matéria dela e acendem como um farol. Além disso, quando os buracos negros colidem e se fundem, eles emitem ondas gravitacionais, e dezenas foram encontradas dessa maneira, embora estejam a centenas de milhões ou bilhões de anos-luz de distância.

Buracos negros locais isolados são, portanto, muito, muito mais difíceis de detectar. Provavelmente existem centenas de milhões desses buracos negros na Via Láctea, mas o espaço é grande, os buracos negros são escuros e é extremamente difícil encontrá-los.

Mas não impossível. Há outra maneira de revelar sua presença, e isso é através de lentes gravitacionais. Como já escrevi antes:

Resumidamente, a lente gravitacional é quando a gravidade de um objeto massivo – uma estrela, um buraco negro, uma galáxia – dobra o espaço ao seu redor, fazendo com que a luz que passa faça uma curva, como um carro seguindo a curva de uma estrada. Einstein [escreveu sobre isso em relação ao seu trabalho sobre Relatividade], dizendo que a matéria dobra o espaço e nós percebemos essa dobra como gravidade. Então chamamos isso de lente gravitacional; o objeto que dobra o espaço é a lente, e o objeto cuja luz é distorcida é o objeto da lente.

[…]

Hoje em dia já vimos esse efeito inúmeras vezes. É um pouco estranho; não apenas a posição de um objeto com lente no céu pode ser movida um pouco por esse efeito, mas também pode ser distorcida, esticada como caramelo, até mesmo enrolada em torno da lente como um anel (chamamos esses anéis de Einstein, na verdade), e muito mais brilhante pela lente do que seria de outra forma.

Quando um único objeto pequeno faz isso, é chamado de microlente. Se um buraco negro, digamos, passa entre nós e uma estrela, a imagem da estrela é multiplicada e amplificada, e sua posição no céu também é desviada um pouco pelas lentes. Ambos podem, em teoria, ser medidos se o efeito for suficientemente pronunciado.

Os astrônomos criaram pesquisas como as Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) e o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) para basicamente observar um ponto no céu onde há muitas estrelas – por exemplo, em direção ao bojo de estrelas no centro de nossa galáxia — maximizando a chance de detectar um evento de lente.

MOA e OGLE viram o mesmo em 2011. Em um campo estelar lotado perto do centro galáctico, uma estrela a cerca de 19.000 anos-luz da Terra começou a ficar mais brilhante. Traçando a curva de luz, o gráfico do brilho da estrela ao longo do tempo, levou mais de 270 dias para clarear e desaparecer, e em seu pico a luz da estrela foi amplificada por um fator muito impressionante de quase 370 vezes.

A curva de luz – um gráfico de brilho ao longo do tempo – do evento da lente gravitacional medido por mais de uma dúzia de observatórios. Todo o evento (acima) levou quase 300 dias (o eixo x está em dias usando uma escala astronômica padrão chamada Dias Julianos) e tem uma forma bem definida próxima ao máximo (close-up, embaixo). Foto: Sahu et al. 2022

A forma da curva de luz e a duração do evento ajudam a definir grande parte da física, mas para realmente prendê-los, os astrônomos usaram o Telescópio Espacial Hubble para observar a estrela 8 vezes separadas ao longo do evento de lente. Eles viram uma clara deflexão na posição da estrela em cerca de 5 milissegundos de arco, uma quantidade fantasticamente pequena: aproximadamente o tamanho de um quarto dos EUA visto a pouco mais de mil quilômetros de distância.

Série de imagens do Hubble mostrando a estrela com lente gravitacional desaparecendo ao longo do tempo à medida que o buraco negro passava e sua amplificação diminuía. Foto: Sahu et al. 2022

Todas essas medidas juntas foram usadas para encontrar a massa e a distância do objeto da lente. Eles descobriram que a lente tem uma massa de 7,1 ± 1,3 vezes a massa do Sol e uma distância de 5.150 ± 600 anos-luz de nós… mas nenhuma luz foi vista desse objeto.

O único objeto tão massivo e escuro é um buraco negro. Essa massa é de fato o que você esperaria de um buraco negro comum que se forma depois que uma estrela massiva explode e seu núcleo colapsa, chamado de buraco negro de massa estelar, então tudo isso se encaixa muito bem.

Eles também descobrem que o buraco negro está se movendo relativamente rápido pelo espaço. Eles não podem obter a velocidade total com esses dados, mas estão se movendo cerca de 45 quilômetros por segundo em nossa linha de visão, o que é rápido – 14 octilhões de toneladas de buraco negro movendo-se a 160.000 km/h é impressionante – mas em torno do valor esperado se ele recebeu um chute da explosão da supernova que a formou.

Então, se confirmado, esta é uma descoberta muito emocionante! Sabemos que esses buracos negros estão por aí, e esta pesquisa aponta como podemos encontrá-los.

Melhor ainda: o Telescópio Espacial Romano Nancy Grace é um observatório semelhante ao Hubble que deve ser lançado na próxima década e terá a resolução do Hubble e a capacidade de ver profundamente, com cem vezes o campo de visão do Hubble. Será uma máquina de descoberta de microlentes de buraco negro e, ao longo dos anos, deve encontrar vários milhares desses eventos. Isso será uma adição inestimável à nossa compreensão desses buracos negros solitários que percorrem a escuridão da galáxia, incluindo não apenas sua distância e massa, mas quantos existem, como eles se formaram, como mudaram ao longo do tempo e muito mais.

Mas tem que haver um primeiro, e podemos muito bem tê-lo agora.

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