Hubble da NASA descobre o primeiro buraco negro desaparecido do aglomerado estelar

O enorme aglomerado estelar globular Omega Centauri intriga os astrônomos há décadas. Deveria estar preenchido com buracos negros deixados pela explosão de estrelas, mas as evidências deles são escassas. Agora, os astrónomos que utilizam dados de arquivo da NASA Telescópio Espacial Hubble e observações de apoio da NASA Telescópio Espacial James Webb finalmente localizaram seu primeiro buraco negro de massa estelar neste aglomerado. A descoberta da primeira população desaparecida de buracos negros ajudará a refinar as teorias atuais sobre a formação de buracos negros em ambientes como Omega Centauri. As descobertas da equipe foram publicadas na segunda-feira em As cartas do jornal astrofísico.

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 espreita no seu centro, os modelos sugerem que este aglomerado de estrelas também deve conter cerca de 10.000 buracos negros menores, de massa estelar. Esta notável população de buracos negros evitou a detecção em estudos observacionais anteriores, que usaram o velocidade radial método ou procurou emissões de rádio e raios X de material caindo em buracos negros.

Esta nova descoberta apresenta uma abordagem diferente, conhecida como astrometriapara medir movimentos muito pequenos das estrelas ao longo do tempo. Ao analisar mais de 20 anos de dados de arquivo do Hubble e extrair dados recentes do Webb para refinar ainda mais as suas medições astrométricas, a equipa localizou uma estrela que orbita um objeto invisível tão pesado que só pode ser um buraco negro. Apelidado 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 inferior ao esperado e, com a sua companheira estelar visível, o duo buraco negro-estrela tem o período orbital mais longo de qualquer sistema binário de buraco negro conhecido até à data.

“Com os dados do Hubble e do Webb, conseguimos ver o movimento do visível estrela da sequência principal isso faz parte deste binário, que está a cerca de 18.000 anos-luz de distância, no denso ambiente de Omega Centauri, “disse Matthew Whitaker da Universidade de Utah, Salt Lake City, principal autor do artigo. “A precisão destas medições é incrível, até uma fração de um pixel nos detectores do Hubble e do Webb. Não teria sido possível encontrar este buraco negro sem estes dois telescópios espaciais.”

As descobertas da equipe refinam um estudo anterior realizado por um grupo diferente de cientistas que sugeriu 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 extraindo dados do infravermelho próximo de Webb para melhorar a precisão, a equipe liderada pela Universidade de Utah foi capaz de restringir melhor a massa da companheira escura da estrela visível, descartando a possibilidade de estrela de nêutrons.

“Embora já soubéssemos que a estrela tinha 0,78 massas solares, podemos agora calcular a massa do buraco negro, que tem 4,46 massas solares e, portanto, é demasiado pesado para ser uma estrela de neutrões. No entanto, a sua massa é muito menor do que seria de esperar num ambiente pobre em metais como Omega Centauri. Isto é surpreendente e excitante,” disse Anil Seth, da Universidade de Utah, co-autor do estudo. “Sabemos agora que uma estrela pobre em metais é capaz de formar um buraco negro como este, e precisamos de descobrir como isso acontece. Esta deteção está a fornecer alguns dados para aqueles que fazem esse tipo de modelação.”

Com base nos dados precisos do Hubble e do Webb, a equipa conseguiu traçar o percurso da estrela ao longo de mais de 20 anos, durante a sua maior aproximação ao seu companheiro buraco negro, quando se movia mais rapidamente no céu. A partir dos extensos dados, a equipe determinou que a estrela visível orbita oMEGACat BH-2 uma vez a cada 94 anos, tornando-o o buraco negro binário de período mais longo já conhecido.

O seu longo período orbital também dá uma pista sobre a origem deste sistema binário. Provavelmente foi formado de forma dinâmica, o que significa que a estrela e o seu companheiro buraco negro não começaram juntos, mas sim encontraram-se neste aglomerado. Os investigadores calcularam que um sistema como o oMEGACat BH-2 sobreviverá durante menos de mil milhões de anos antes de ser destruído por encontros com estrelas próximas, um período muito mais curto do que a idade do aglomerado (aproximadamente 12 mil milhões de anos).

“É importante compreender as populações de buracos negros em aglomerados globulares porque há incerteza sobre a 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, porque afecta a nossa capacidade de interpretar e compreender eventos de ondas gravitacionais. Ambientes como Omega Centauri são os principais locais onde acreditamos que os binários estão se fundindo e criando essas ondas.”

A descoberta pela equipe do buraco negro de massa estelar oMEGACat BH-2 com o conjunto de dados Hubble-Webb é apenas o começo da descoberta dessas populações evasivas de buracos negros em aglomerados de estrelas globulares.

“Com o Hubble e o Webb, podemos continuar a olhar para Omega Centauri e expandir a nossa busca por sistemas semelhantes dentro de outros aglomerados”, disse Whitaker. “Também estamos muito entusiasmados com o lançamento do programa da NASA Telescópio Espacial Romano Nancy Grace porque irá visualizar o bojo galáctico lotado, incluindo o centro galácticomuito regularmente com resolução semelhante à do Hubble e com um campo de visão muito mais amplo. Esperamos poder encontrar sistemas binários de buracos negros como este devido à cadência regular das observações de Roman.”

O Telescópio Espacial Hubble está em operação há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam a 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, com sede em Denver, também apoia operações missionárias em Goddard. O Space Telescope Science Institute em Baltimore, que é operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, conduz operações científicas do Hubble para a NASA.