47 Tucanae: um buraco negro de massa intermediária se esconde dentro de um aglomerado globular gigante?

Nesta ilustração, um buraco negro de massa intermediária no plano da frente distorce a luz emitida pelo aglomerado globular no fundo. Uma nova investigação sugere que um buraco negro com 2.200 vezes a massa do Sol reside no centro do aglomerado globular 47 Tucanae. Créditos: CfA/M. Weiss

Praticamente todos os buracos negros conhecidos pertencem a duas principais categorias: pequenos buracos negros com uma massa correspondente a vários sóis e buracos negros supermassivos com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol. Os astrônomos também julgam que existam buracos negros de massa intermediária, que teriam entre 100 e 10.000 vezes a massa do Sol, mas até agora encontraram pouquíssimas evidências conclusivas. Na semana passada, astrônomos anunciaram novas evidências da existência de um buraco negro de massa intermediária (IMBH), com 2.200 vezes a massa do Sol, escondido no centro do aglomerado globular 47 Tucanae (47 Tuc).

Bulent Kiziltan, membro do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, autor principal do artigo científico, declarou:

Nós queremos encontrar buracos negros de massa intermediária porque seriam o elo perdido entre os buracos negros de massa estelar e os buracos negros supermassivos. Esses podem ser as sementes primordiais que geram os monstros que vemos hoje nos centros das galáxias.

47 Tucanae é um aglomerado globular com 12 bilhões de anos de idade localizado a 13.000 anos-luz da Terra na direção da constelação meridional do Tucano. 47 Tuc contém centenas de milhares de estrelas formando uma “bola” com apenas cerca de 120 anos-luz em diâmetro. 47 Tuc também hospeda cerca de duas dúzias de pulsares, que se tornaram alvos importantes nessa pesquisa.

47 Tucanae já tinha sido examinado, sem sucesso, na busca pela existência de um buraco negro central. Na maioria dos casos, podemos encontrar buracos negros procurando pela assinatura de raios-X provenientes de um disco quente de material que gira em seu redor. Infelizmente, esse método só funciona se o buraco negro estiver se alimentando ativamente do gás e matéria em acreção. Contudo, o centro de 47 Tucanae praticamente não tem gás, efetivamente fazendo com que qualquer buraco negro lá presente permaneça inativo, ou seja, “passando fome”.

Sabemos que o buraco negro supermassivo existente no centro da Via Láctea revela a sua presença pela sua influência nas estrelas próximas. Anos de observações no infravermelho mostraram um punhado de estrelas no Centro Galáctico rodopiando em torno de um objeto invisível mostrando uma forte atração gravitacional. Mas o centro superlotado de estrelas do aglomerado 47 Tucanae torna impossível assistir aos movimentos de estrelas individuais.

Esta impressão artística mostra outra representação do buraco negro de massa intermediária que os cientistas julgam que habita o centro do aglomerado globular 47 Tucanae. Créditos: B. Kiziltan & T. Karacan

A nova pesquisa se baseia em duas linhas de evidência.

A primeira linha de evidências se sustenta nos movimentos globais de estrelas em redor do aglomerado. O ambiente de um aglomerado globular é tão denso que as estrelas mais pesadas tendem a afundar para o centro do aglomerado. Um buraco negro de massa intermediária, no centro do aglomerado, atua como uma “colher” cósmica que “agita a panela”, fazendo com que essas estrelas sejam lançadas a velocidades mais altas e a maiores distâncias. Isto transmite um sinal sutil que os astrônomos podem medir.
Através da utilização de simulações computacionais dos movimentos e distâncias estelares e comparando-as com observações no espectro visível, a equipa de cientistas encontrou evidências deste tipo de agitação gravitacional.

A segunda linha de evidências surge dos pulsares, remanescentes compactos de estrelas moribundas cujos sinais de rádio são facilmente detectáveis. Estes objetos também são arremessados pela gravidade do buraco negro de massa intermediária no centro, fazendo com que sejam encontrados a distâncias maiores do centro do aglomerado do que seria de esperar caso não existisse um buraco negro.

Combinadas, estas duas linhas de evidências sugerem a presença de um IMBH (buraco negro de massa intermediária) com aproximadamente 2.200 massas solares dentro do aglomerado globular 47 Tucanae.

Tendo em vista que este buraco negro tem escapado à detecção durante tanto tempo, é provável que outros buracos negros de massa intermediária se escondam em outros aglomerados globulares. A sua descoberta exigirá dados semelhantes sobre as posições e movimentos tanto das estrelas como de quaisquer pulsares dentro dos aglomerados.

O artigo intitulado “An intermediate-mass black hole in the centre of the globular cluster 47 Tucanae” foi publicado na edição de 9 de fevereiro de 2017 na Nature.

Fonte

Harvard Smithsonian CfA: A Middleweight Black Hole is Hiding at the Center of a Giant Star Cluster

Artigo Científico

An intermediate-mass black hole in the centre of the globular cluster 47 Tucanae

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