O primeiro dos 10.000 buracos negros desaparecidos no aglomerado globular Omega Centauri foi encontrado graças ao trabalho em equipe dos telescópios espaciais Hubble e James Webb.
Os dois observatórios descobriram o buraco negro depois de assistir um estrela orbitando em torno de algo maciço, mas escuro, e que, portanto, não podia ser visto. Os dados do Hubble foram executados de 2003 a 2023, e o Telescópio Espacial James Webb coletado depois disso para ajudar a refinar as medições.
Os astrônomos usaram os telescópios espaciais para focar em uma estrela específica em um sistema binário que parecia abrigar outro objeto escuro chamado oMEGACat BH-2. Estudos anteriores sugeriram que o objeto escuro era um estrela de nêutrons. No entanto, os novos resultados são conclusivos: o objeto tem uma massa 4,46 vezes maior que a do sol. Esta é demasiado massiva para ser uma estrela de neutrões, por isso deve ser um buraco negro.
Omega Centauri é o mais massivo do nosso Galáxia Via Lácteade aglomerados globulares. É tão massivo que os astrônomos suspeitam que seja na verdade o núcleo de uma anã galáxia que perdeu a maior parte de suas estrelas devido ao canibalismo gravitacional da Via Láctea, que ao longo das eras arrancou tiras de Omega Centauri. Mesmo assim, Omega Centauri ainda contém cerca de 10 milhões de estrelas, localizadas coletivamente a 18.000 anos-luz de Terra.
Em 2024, os astrónomos que utilizam o Telescópio Espacial Hubble encontrou evidências conclusivas de que um buraco negro de massa intermediária – aquele que tem uma massa cerca de 8.200 vezes o do nosso sol – espreita no centro de Omega Centauri, reforçando a sua afirmação de ser o remanescente de uma galáxia anã, uma vez que as galáxias abrigam buracos negros no seu centro, mas os aglomerados de estrelas normalmente não.
No entanto, ao lado deste buraco negro de massa intermédia deverão existir cerca de 10.000 outros buracos negros de massa estelar nascidos do supernova explosões de estrelas massivas. As pesquisas concentraram-se em sistemas binários onde uma estrela orbita um objeto compacto, mas até agora os astrónomos não tinham conseguido.
Agora, uma equipa liderada por Matthew Whitaker, da Universidade de Utah, em Salt Lake City, veio salvar o dia, examinando diligentemente 20 anos de observações do Hubble, além de observações de apoio adicionais do JWST, para descobrir pela primeira vez um buraco negro de massa estelar em Omega Centauri.
A equipe de Whitaker usou uma técnica chamada astrometria, que é a medição das mudanças de posição das estrelas à medida que se movem no espaço. Embora o buraco negro em si seja escuro, ele é orbitado por uma estrela normal com uma massa de 78% da massa do nosso Sol. Graças à visão sem precedentes do Hubble e do JWST, Whitaker e seus colegas conseguiram rastrear o movimento desta estrela em torno do buraco negro.
Acontece que a estrela está numa órbita de 94 anos em torno do buraco negro, que é a maior separação de um binário composto por um buraco negro e uma estrela de massa estelar já encontrada. Durante esse período de 20 anos, o Hubble viu menos de um quarto da órbita total da estrela, mas coincidiu com a maior aproximação da estrela ao buraco negro, durante a qual a estrela se moveu mais rapidamente.
Com base neste movimento, a equipa de Whitaker conseguiu medir a força do campo gravitacional do buraco negro que atua sobre a estrela e, a partir disso, calcular a massa do buraco negro.
“A precisão destas medições é incrível, até uma fração de pixel nos detectores do Hubble e do Webb”, disse Whitaker em um relatório. declaração. “Não teria sido possível encontrar este buraco negro sem estes dois telescópios espaciais.”
Dada a largura da órbita da estrela em torno do buraco negro, a probabilidade é que a gravidade do buraco negro tenha capturado a estrela quando ela passou perto. Esta é uma situação que não durará para sempre; dentro de mais um bilhão de anos, encontros com outras estrelas nos arredores lotados do aglomerado provavelmente afastarão o companheiro do buraco negro.
A massa do oMEGACat BH-2 parece incomum, no entanto, no sentido de que é menor do que o esperado. A massa do oMEGACat BH-2 existe em um vazio que só se tornou aparente durante os últimos onze anos de onda gravitacional detecções. Estas ondas gravitacionais são produzidas pelas fusões de buracos negros de massa estelar, mas buracos negros com massas entre 2,5 vezes a massa do nosso Sol (o limite teórico para estrelas de neutrões) e cinco massas solares são notáveis pela sua ausência nos eventos de ondas gravitacionais. No entanto, aqui está o OMEGACat BH-2, dentro dessa lacuna de massa.
“É importante compreender as populações de buracos negros em aglomerados globulares porque há incerteza sobre a sua física e formação”, disse Anil Seth, da Universidade de Utah.
“Mais especificamente, compreender o processo de formação de buracos negros e depois a formação dinâmica de binários é vital, porque afecta a nossa capacidade de interpretar e compreender eventos de ondas gravitacionais. Ambientes como Omega Centauri são os principais locais onde pensamos que os binários estão a fundir-se e a criar estas ondas.”
Em particular, as estrelas de Omega Centauri são mais primitivas que o nosso Sol, quimicamente falando, com menos elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio. Quais tipos de estrelas massivas produzem buracos negros quando explodem como supernovas ainda é uma área de pesquisa ativa, mas oMEGACat BH-2 acrescenta outra complicação à mistura, pois sua estrela progenitora continha poucos elementos pesados.
“Precisamos descobrir como isso acontece”, disse Seth.
Então é um a menos e faltam 9.999 ou mais. A equipe de Whitaker continua a usar dados do Hubble e do JWST para encontrar mais buracos negros de massa estelar em Omega Centauri, mas ele também destaca o potencial da NASA. Telescópio Espacial Romano Nancy Grace encontrar sistemas binários de buracos negros em nossa galáxia, a Via Láctea, pelo menos quando o telescópio for lançado ainda este ano.
“Roman… irá obter imagens do aglomerado bojo galáctico, incluindo o centro galáctico, muito regularmente com resolução semelhante à do Hubble e com um campo de visão muito mais amplo,” disse Whitaker. “Esperamos ser capazes de encontrar sistemas binários de buracos negros como este devido à cadência regular das observações de Roman.”
Os detalhes sobre o oMEGACat BH-2 estão descritos em um artigo publicado em 13 de julho em As cartas do jornal astrofísico.
