O Telescópio Espacial Hubble da NASA Descobre o Primeiro dos Buracos Negros Perdidos de Aglomerado Estelar

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Créditos: Ciência: Maximilian Häberle (MPIA)

Uma imagem do aglomerado globular Omega Centauri, uma coleção de incontáveis estrelas coloridas em vermelho, branco e azul contra o fundo negro do espaço.

Segundo o que foi publicado pelo portal da NASA em 13/07, o massivo Aglomerado Estelar Globular Omega Centauri intriga os astrônomos há décadas. Ele deveria estar repleto de buracos negros deixados por estrelas que explodiram, mas as evidências deles são escassas. Agora, astrônomos que utilizam dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA e observações de apoio do Telescópio Espacial James Webb da NASA finalmente localizaram o seu primeiro buraco negro de massa estelar neste aglomerado. A descoberta do primeiro desta população de buracos negros perdidos ajudará a refinar as teorias atuais sobre a formação de buracos negros em ambientes como o Omega Centauri. As descobertas da equipe foram publicadas na segunda-feira no The Astrophysical Journal Letters.

 

Omega Centauri é composto por 10 milhões de estrelas ligadas gravitacionalmente. Embora a comunidade astronômica tenha encontrado anteriormente evidências com o Hubble de que um buraco negro de massa intermediária esconde-se em seu centro, modelos sugerem que este aglomerado de estrelas também deve conter cerca de 10.000 buracos negros menores, de massa estelar. Essa população notável de buracos negros evitou a detecção em estudos observacionais anteriores, que usavam o método de velocidade radial ou procuravam por emissões de rádio e raios-X vindas de materiais que caem nos buracos negros.

 

Esta nova descoberta apresenta uma abordagem diferente, conhecida como astrometria, para medir movimentos muito pequenos de estrelas ao longo do tempo. Ao vasculhar mais de 20 anos de dados de arquivo do Hubble e extrair dados recentes do Webb para refinar ainda mais suas medições astrométricas, a equipe localizou uma estrela orbitando um objeto invisível tão pesado que só pode ser um buraco negro. Batizado de oMEGACat BH-2, é o primeiro buraco negro de massa estelar detectado em Omega Centauri, e possui algumas qualidades surpreendentes. O oMEGACat BH-2 tem uma massa menor do que o esperado e, com sua companheira estelar visível, a dupla buraco negro-estrela tem o período orbital mais longo de qualquer sistema binário de buracos negros conhecido até hoje.

 

"Com dados do Hubble e do Webb, fomos capazes de ver o movimento da estrela visível da sequência principal que faz parte deste sistema binário, que está a cerca de 18.000 anos-luz de distância no ambiente denso de Omega Centauri", disse Matthew Whitaker da Universidade de Utah, em Salt Lake City, autor principal do artigo. "A precisão dessas medições é incrível, chegando a uma fração de pixel nos detectores do Hubble e do Webb. Não teria sido possível encontrar este buraco negro sem esses dois telescópios espaciais."

 

Imagem: ESA, NASA, Maximilian Häberle (MPIA), Joseph DePasquale (STScI) 

Os astrônomos encontraram o primeiro buraco negro de massa estelar de Omega Centauri, que possui uma companheira estelar visível mostrada em detalhes maiores. Eles usaram mais de 20 anos de dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA e dados recentes do Telescópio Espacial James Webb da NASA para fazer a descoberta.

As descobertas da equipe refinam um estudo anterior de um grupo diferente de cientistas que sugeria que este sistema binário incluía uma estrela de nêutrons. Ao expandir os dados do Hubble da investigação anterior com medições astrométricas de arquivo do Hubble de 2002 a 2023, e ao incorporar dados de infravermelho próximo do Webb para melhorar a precisão, a equipe liderada pela Universidade de Utah conseguiu delimitar melhor a massa do companheiro escuro da estrela visível, descartando a possibilidade de ser uma estrela de nêutrons.

 

"Embora já soubéssemos que a estrela tinha 0,78 massas solares, agora podemos calcular a massa do buraco negro, que é de 4,46 massas solares e, portanto, pesado demais para ser uma estrela de nêutrons. No entanto, sua massa é muito menor do que se esperaria em um ambiente pobre em metais como o Omega Centauri. Isso é surpreendente e emocionante", disse Anil Seth, da Universidade de Utah, coautor do estudo. "Agora sabemos que uma estrela pobre em metais é capaz de formar um buraco negro como este, e precisamos descobrir como isso acontece. Esta detecção está fornecendo alguns dados para aqueles que realizam esse tipo de modelagem."

 

Uma Longa Espera

 

Com base nos dados precisos do Hubble e do Webb, a equipe pôde mapear a trajetória da estrela ao longo de mais de 20 anos, durante sua aproximação máxima de seu companheiro buraco negro, quando ela se movia mais rapidamente pelo céu. A partir dos dados extensos, a equipe determinou que a estrela visível orbita o oMEGACat BH-2 uma vez a cada 94 anos, tornando-o o binário de buraco negro com o período mais longo já conhecido.

 

Seu longo período orbital também fornece uma pista sobre a origem deste sistema binário. Ele provavelmente foi formado dinamicamente, o que significa que a estrela e seu companheiro buraco negro não começaram juntos, mas sim se encontraram neste aglomerado. Os pesquisadores calcularam que um sistema como o oMEGACat BH-2 sobreviverá por menos de um bilhão de anos antes de ser desfeito por encontros com estrelas próximas — um período muito mais curto do que a idade do aglomerado (que tem aproximadamente 12 bilhões de anos).

 

"É importante compreender as populações de buracos negros em aglomerados globulares porque há incertezas sobre sua física e formação", disse Seth. "Mais especificamente, compreender o processo de formação de buracos negros e depois a formação dinâmica de binários é vital, pois afeta nossa capacidade de interpretar e compreender eventos de ondas gravitacionais. Ambientes como o Omega Centauri são os locais primários onde pensamos que os binários estão se fundindo e criando essas ondas."

 

A descoberta do buraco negro de massa estelar oMEGACat BH-2 pela equipe com o conjunto de dados Hubble-Webb é apenas o começo para encontrar essas populações esquivas de buracos negros em aglomerados estelares globulares.

 

"Com o Hubble e o Webb, podemos continuar a olhar para o Omega Centauri e expandir nossa busca por sistemas semelhantes em outros aglomerados", disse Whitaker. "Também estamos muito entusiasmados com o lançamento do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, pois ele obterá imagens do lotado bojo galáctico, incluindo o centro galáctico, com muita regularidade, com resolução semelhante à do Hubble e com um campo de visão muito mais amplo. Esperamos ser capazes de encontrar sistemas binários de buracos negros como este devido à cadência regular das observações do Roman."

 

O Telescópio Espacial Hubble opera há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, sediada em Denver, também apoia as operações da missão em Goddard. O Space Telescope Science Institute em Baltimore, que é operado pela Association of Universities for Research in Astronomy, conduz as operações científicas do Hubble para a NASA.

 

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