Encontrada a Melhor Evidência Para um Buraco Negro de Massa Intermediária

Esta ilustração mostra um homicídio cósmico em ação. Uma estrela rebelde está sendo destruída pela intensa atração gravitacional de um buraco negro que contém dezenas de milhares de massas solares. Os restos estelares estão formando um disco de acreção ao redor do buraco negro.

Astrônomos encontraram a melhor evidência para o autor de um homicídio cósmico: um buraco negro de uma classe conhecida como "massa intermediária", que traiu sua existência destruindo uma estrela rebelde que passou muito perto.
Pesando cerca de 50.000 vezes a massa de nosso sol, o buraco negro é menor que os buracos negros supermassivos (em milhões ou bilhões de massas solares) que se encontram nos núcleos de galáxias grandes, mas maiores que os buracos negros de massa estelar formados pelo colapso de uma estrela maciça.
Esses buracos negros de massa intermediária (IMBHs) são um "elo perdido" há muito procurado na evolução dos buracos negros. Embora tenha havido alguns outros candidatos à IMBH, os pesquisadores consideram essas novas observações a evidência mais forte para buracos negros de tamanho médio no Universo.
Foi necessário o poder combinado de dois observatórios de raios-X e a visão aguçada do Telescópio Espacial Hubble para "prender" a besta cósmica.
"Os buracos negros de massa intermediária são objetos muito esquivos e, portanto, é fundamental considerar e descartar cuidadosamente explicações alternativas para cada candidato. Foi isso que o Hubble nos permitiu fazer pelo nosso candidato '', disse Dacheng Lin, da Universidade de New Hampshire, principal pesquisador do estudo. Os resultados foram publicados em 31 de março de 2020, no The Astrophysical Journal Letters.
A história da descoberta parece uma história de Sherlock Holmes, envolvendo o meticuloso passo a passo de construção de casos necessário para capturar o culpado.
Lin e sua equipe usaram o Hubble para acompanhar as pistas do Observatório de Raios-X Chandra da NASA e do XMM-Newton da ESA. Em 2006, esses satélites detectaram uma poderosa explosão de raios-X, mas não conseguiram determinar se ela se originou de dentro ou de fora da nossa galáxia. Os pesquisadores atribuíram isso a uma estrela sendo despedaçada depois de chegar muito perto de um objeto compacto e gravitacionalmente poderoso, como um buraco negro.
Surpreendentemente, a fonte de raios-X, denominada 3XMM J215022.4? 055108, não estava localizada no centro de uma galáxia, onde normalmente residem enormes buracos negros. Isso gerou esperanças de que um IMBH fosse o culpado, mas primeiro outra fonte possível do surto de raios-X teve que ser descartada: uma estrela de nêutrons em nossa própria Via Láctea, esfriando depois de ser aquecida a uma temperatura muito alta.
O Hubble foi apontado para a fonte de raios-X para descobrir sua localização precisa. Imagens profundas e de alta resolução forneceram fortes evidências de que os raios X emanavam não de uma fonte isolada em nossa galáxia, mas de um aglomerado de estrelas distantes e densos nos arredores de outra galáxia - exatamente o tipo de lugar que os astrônomos esperam encontrar um IMBH. Pesquisas anteriores do Hubble mostraram que a massa de um buraco negro no centro de uma galáxia é proporcional à protuberância central da galáxia hospedeira. Em outras palavras, quanto mais massiva a galáxia, mais massivo é o seu buraco negro. Portanto, o aglomerado de estrelas que abriga 3XMM J215022.4? 05108 pode ser o núcleo despojado de uma galáxia anã de massa mais baixa que foi gravitacionalmente perturbado por suas interações com sua atual e maior galáxia hospedeira.

Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble identificou a localização de um buraco negro de massa intermediária, pesando 50.000 vezes a massa do nosso sol . O buraco negro, denominado 3XMM J215022.4? 055108, é indicado pelo círculo branco.

Os IMBHs têm sido particularmente difíceis de encontrar porque são menores e menos ativos que os buracos negros supermassivos; eles não têm fontes de combustível prontamente disponíveis, nem uma força gravitacional tão forte para atrair estrelas e outros materiais cósmicos que produziriam raios-X reveladores. Os astrônomos precisam essencialmente pegar uma IMBH em flagrante no ato de devorar uma estrela. Lin e seus colegas vasculharam o arquivo de dados do XMM-Newton, pesquisando centenas de milhares de observações para encontrar um candidato à IMBH.
O brilho dos raios X da estrela triturada permitiu aos astrônomos estimar a massa de 50.000 massas solares do buraco negro.

Esta concepção artística mostra uma estrela sendo dilacerada por um buraco negro de massa intermediária (IMBH), cercado por um disco de acresção. Esse disco fino e rotativo de material consiste nas sobras de uma estrela que foi destruída pelas forças de maré do buraco negro. Crédito: ESA / Hubble, M. Kornmesser

Este objeto não é o primeiro a ser considerado um candidato provável a um buraco negro de massa intermediária. Em 2009, o Hubble se uniu ao observatório Swift da NASA e ao XMM-Newton da ESA para identificar o que é interpretado como um IMBH, chamado HLX-1, localizado na borda da galáxia ESO 243-49. Também está no centro de um jovem e massivo aglomerado de estrelas azuis que pode ser o núcleo despojado de uma galáxia anã. Os raios X provêm de um disco quente de acreção ao redor do buraco negro. "A principal diferença é que nosso objeto está despedaçando uma estrela, fornecendo fortes evidências de que é um buraco negro maciço, em vez de um buraco negro de massa estelar", disse Lin.
Lin planeja continuar seu meticuloso trabalho de detetive, usando os métodos que sua equipe provou ser bem-sucedida. Muitas perguntas ainda precisam ser respondidas. Um buraco negro supermassivo cresce a partir de uma IMBH? Como se formam as IMBHs? Os aglomerados de estrelas densas são sua casa favorita?

Fonte: PHYS.ORG