Em um estudo hospedado no servidor de pré-impressão arxiv e já aceito para publicação pelo Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, uma equipe internacional de pesquisadores se baseou em dados do Observatório Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA) para analisar uma estrela semelhante ao Sol que tem características orbitais estranhas.

Devido à natureza de sua órbita, a equipe concluiu que ela deve fazer parte de um sistema binário com um buraco negro, que vem a ser o mais próximo do nosso Sistema Solar. Isso reforça a ideia da existência de uma população considerável de buracos negros adormecidos na Via Láctea.

Gaia BH1 é uma estrela semelhante ao Sol orbitando um buraco negro estimado em 10 massas solares. Imagem: ESO/L. Calcada

Liderada por Kareem El-Badry, astrofísico da Sociedade de Bolsistas de Harvard, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA) e do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), a pesquisa foi acompanhada por pesquisadores de diversas instituições do mundo. 

El-Badry explicou ao site Universe Today que essas observações eram parte de uma campanha mais ampla para identificar companheiros de buracos negros adormecidos em estrelas normais na Via Láctea. “Tenho procurado buracos negros adormecidos nos últimos quatro anos usando uma ampla gama de conjuntos de dados e métodos”, disse ele. “Minhas tentativas anteriores revelaram uma variedade de binários que se disfarçam de buracos negros, mas esta foi a primeira vez que a busca deu frutos”.

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Missão Gaia já observou quase 1 bilhão de objetos astronômicos

O satélite Gaia passou quase uma década medindo as posições, distâncias e movimentos adequados de quase 1 bilhão de objetos astronômicos, como estrelas, planetas, cometas, asteroides e galáxias. Ao rastrear o movimento dos objetos à medida que orbitam o centro da Via Láctea (uma técnica conhecida como astrometria), a missão visa construir o catálogo espacial 3D mais preciso já criado.

Foram analisadas mais de 168 mil estrelas observadas pelo satélite Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA). Imagem: ccarreau – ESA

Para seus fins, El-Badry e sua equipe examinaram todas as 168.065 estrelas na Gaia Data Release 3 (GDR3) que pareciam ter órbitas de dois corpos. Sua análise encontrou um candidato particularmente promissor: um tipo G (estrela amarela), designado Gaia DR3 4373465352415301632 – que a equipe preferiu chamar de Gaia BH1. Com base em sua solução orbital observada, os cientistas determinaram que a estrela deve ter um companheiro binário de buraco negro. 

“Os dados de Gaia restringem como a estrela se move no céu, traçando uma elipse enquanto orbita o buraco negro. O tamanho da órbita e seu período nos dão uma restrição na massa de seu companheiro invisível – cerca de 10 massas solares”, informou El-Badry.

“Para confirmar que a solução Gaia está correta e descartar alternativas ‘não-buracos negros’, observamos a estrela espectroscopicamente com vários outros telescópios”, disse o pesquisador. “Isso apertou nossas restrições na massa do companheiro e provou que é realmente negro”.

Para confirmar suas observações, a equipe analisou medições de velocidade radial de Gaia BH1 a partir de múltiplos instrumentos, como o Espectrômetro de Alto Nível de Echelle (HIRES), do Observatório W. M. Keck, o Espectrógrafo Óptico de Alcance Estendido (FEROS), do telescópio MPG/ESO, e o espectrógrafo X-Shooter, do Very Large Telescope (VLT), por exemplo.

Semelhante ao método usado para caçar exoplanetas (espectroscopia Doppler), o espectros fornecido por esses instrumentos permitiram que a equipe observasse e medisse as forças gravitacionais influenciando a órbita da estrela. Essas observações confirmaram a solução orbital de Gaia BH1 e que um companheiro de cerca de dez massas solares estava coorbitando com ela. 

Para El-Badry, esses achados podem constituir o primeiro buraco negro na Via Láctea que não foi observado com base em suas emissões de raios-X ou outras liberações energéticas. “Os modelos prevêem que a Via Láctea contém cerca de 100 milhões de buracos negros. Mas só observamos cerca de 20 deles. Todos os anteriores que observamos estão em ‘binários de raios-X’: o buraco negro está comendo uma estrela companheira, e brilha intensamente em raios-X à medida que a energia potencial gravitacional desse material é transformada em luz”.

Ele explica que estes representam “apenas a ponta do iceberg”: uma população muito maior pode se esconder em binários mais amplamente separados. “A descoberta de Gaia BH1 traz luz a essa população”.

Caso confirmados, esses achados podem significar que há uma população robusta de buracos negros adormecidos na Via Láctea. Isso se refere a buracos negros que não são evidentes a partir de discos brilhantes, rajadas de radiação ou jatos de hipervelocidade emanando de seus polos (como é frequentemente o caso com quasares).

No entanto, também é possível que este buraco negro adormecido em particular seja somente atípico e não um indicativo de uma população maior.

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Para verificar suas descobertas, El-Badry e seus colegas estão ansiosos pela Liberação de Dados Gaia 4 (RDA 4), cuja data ainda está para ser determinada, que incluirá todos os dados coletados durante a missão inicial de cinco anos. Essa versão incluirá os catálogos mais atualizados de astrometria, fotométrica e velocidade radial para todas as estrelas, binários, galáxias e exoplanetas observados.

A quinta e última versão (RDA 5), por sua vez, incluirá dados da missão inicial e estendida (os 10 anos completos). “Com base na taxa de ocorrência de acompanhantes de buracos negros implícita pelo Gaia BH1, estimamos que a próxima liberação de dados Gaia permitirá a descoberta de dezenas de sistemas semelhantes”, disse El-Badry.

“Com apenas um objeto, é difícil saber exatamente o que implica sobre a população (poderia ser apenas uma bola estranha, um acaso). Estamos entusiasmados com os estudos demográficos da população que poderemos fazer com amostras maiores”.

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