Cientistas podem ter descoberto uma nova classe de buracos negros

Os buracos negros são uma parte importante de como os astrofísicos entendem o Universo - tão importantes que os cientistas tentam construir um censo de todos os buracos negros da galáxia da Via Láctea. Agora, cientistas podem ter descoberto um novo tipo destes monstros cósmicos. 

UMA VISUALIZAÇÃO DE UM BURACO NEGRO. IMAGEM: CENTRO DE VÔO ESPACIAL GODDARD DA NASA / JEREMY SCHNITTMAN

Porém, novas pesquisas mostram que sua pesquisa pode ter perdido toda uma classe de buracos negros que eles não sabiam que existia.

Em um estudo publicado hoje na revista Science , os astrônomos oferecem uma nova maneira de procurar buracos negros e mostram que é possível que exista uma classe de buracos negros menores que os menores buracos negros conhecidos no universo.

"Estamos mostrando essa dica de que há outra população por aí que ainda precisamos investigar em busca de buracos negros", disse Todd Thompson, professor de astronomia da Universidade Estadual de Ohio e principal autor do estudo.

"As pessoas estão tentando entender as explosões de supernovas, como as estrelas negras supermassivas explodem, como os elementos foram formados em estrelas supermassivas . Então, se pudéssemos revelar uma nova população de buracos negros, isso nos diria mais sobre quais estrelas explodem, quais não , que formam buracos negros, que formam estrelas de nêutrons . Abre uma nova área de estudo ".

Imagine um censo de uma cidade que contasse apenas 5'9 "e mais pessoas - e imagine que os participantes nem sequer sabiam que existiam pessoas com menos de 5'9". Os dados desse censo seriam incompletos, fornecendo uma imagem imprecisa da população. Isso é essencialmente o que vem acontecendo na busca por buracos negros, disse Thompson.

Os astrônomos há muito tempo procuram buracos negros, que têm atração gravitacional tão feroz que nada - não importa, nem radiação - pode escapar. Os buracos negros se formam quando algumas estrelas morrem, encolhem-se e explodem. Os astrônomos também estão procurando estrelas de nêutrons - estrelas pequenas e densas que se formam quando algumas estrelas morrem e colapsam.

Ambos poderiam conter informações interessantes sobre os elementos da Terra e sobre como as estrelas vivem e morrem. Mas, para descobrir essas informações, os astrônomos primeiro precisam descobrir onde estão os buracos negros. E para descobrir onde estão os buracos negros, eles precisam saber o que estão procurando.

Uma pista: os buracos negros costumam existir em algo chamado sistema binário. Isso significa simplesmente que duas estrelas estão próximas o suficiente uma da outra para serem unidas pela gravidade em uma órbita mútua. Quando uma dessas estrelas morre, a outra pode permanecer, ainda orbitando o espaço onde a estrela morta - agora um buraco negro ou estrela de nêutrons - já viveu, e onde um buraco negro ou estrela de nêutrons se formou.

Durante anos, os buracos negros que os cientistas conheciam eram todos entre aproximadamente cinco e 15 vezes a massa do sol. As estrelas de nêutrons conhecidas geralmente não são maiores que cerca de 2,1 vezes a massa do sol - se estivessem acima de 2,5 vezes a massa do sol, elas entrariam em colapso para um buraco negro

Mas no verão de 2017, uma pesquisa chamada LIGO - o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser - viu dois buracos negros se fundindo em uma galáxia a cerca de 1,8 bilhão de anos-luz de distância. Um desses buracos negros tinha cerca de 31 vezes a massa do sol; o outro cerca de 25 vezes a massa do sol.

"Imediatamente, todo mundo ficou 'uau', porque foi uma coisa espetacular", disse Thompson. "Não apenas porque provou que o LIGO funcionava, mas porque as massas eram enormes. Buracos negros desse tamanho são muito importantes - nós nunca os vimos antes."

Thompson e outros astrofísicos suspeitam há muito tempo que os buracos negros podem ter tamanhos fora do alcance conhecido, e a descoberta do LIGO provou que os buracos negros poderiam ser maiores. Mas havia uma janela de tamanho entre as maiores estrelas de nêutrons e os menores buracos negros.

Thompson escolhe se pode resolver esse mistério.

Ele e outros pesquisadores experimentaram vasculhar os dados do APOGEE, ou o Experimento de Evolução Galáctica do Apache Point Observatory, que coletou espectros de luz de cerca de 100.000 estrelas na Via Láctea. Thompson percebeu que os espectros mostravam uma estrela que poderia estar orbitando no torno de outro objeto: alterações nos espectros - uma mudança para os movimentos da onda mais azuis, por exemplo, seguidas de uma mudança para os movimentos da onda mais vermelhos - mostrar o que uma estrela estava orbitando um companheiro invisível.

Thompson começou a vasculhar os dados, procurando estrelas que mostravam essa mudança, mostrando que podiam estar orbitando um buraco negro.

Depois, ele reduz os dados do APOGEE para 200 estrelas, ou pode ser mais interessante. Ele forneceu os dados a um pesquisador associado ao estado de Ohio, Tharindu Jayasinghe, que compila milhares de imagens de cada sistema binário em potencial do ASAS-SN, o All-Sky Automated Survey for Supernovae. (Um ASAS-SN encontrou cerca de 1.000 supernovas e está fora do estado de Ohio.)

Uma análise de dados encontrou uma estrela vermelha gigante que parecia estar orbitando algo, mas que, com base em seus cálculos, era muito menor que os buracos negros conhecidos na Via Láctea, mas muito maior que estrelas de nêutrons mais usadas.

Após mais cálculos e dados adicionais do espectrômetro Echelle Reflector de Tillinghast e satélite Gaia, eles perceberam que foram encontrados um buraco negro de baixa massa, provavelmente cerca de 3,3 vezes a massa do sol.

"O que aqui foi criado foi uma nova maneira de procurar buracos negros, mas também identificou potencialmente um dos primeiros de uma nova classe de buracos negros de massa baixa que os astrônomos não conheciam anteriormente." Thompson disse. "Como massas de coisas nos falam sobre sua formação e evolução, e elas falam sobre sua natureza."