Novo estudo encontra evidência de milhares de buracos negros no centro da galáxia

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Um time liderado por pesquisadores da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, descobriu vários buracos negros reunidos ao redor de Sagittarius A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. A descoberta é a primeira que vem a suportar uma predição feita décadas atrás, abrindo uma miríade de oportunidades para melhor entender o Universo.

"Tudo que você sempre quis saber sobre a forma como os grandes buracos negros interagem com buracos negros menores, você poderá aprender estudando essa distribuição que encontramos", afirmou o astrofísico Chuck Hailey, co-diretor do Laboratório de Astrofísica da Universidade de Columbia e autor líder do estudo. "A Via Láctea é realmente a única galáxia na qual podemos estudar a interação entre os buracos negros supermassivos com os menores, porque nós simplesmente não podemos ver a interação entre eles em outras galáxias. De certo modo, podemos dizer que a nossa galáxia é o único laboratório possível que temos para estudar o fenômeno."

Por mais de duas décadas, pesquisadores procuraram sem sucesso por evidências para suportar uma teoria de que dezenas de milhares de buracos negros cercam o buraco negro supermassivo no centro de grandes galáxias.

"Há apenas cerca de cinco dúzias de buracos negros conhecidos em toda a galáxia - com um diâmetro de 100.000 anos-luz - e suponha-se que existem de 10 a 20 mil deles em uma região com apenas 6 anos-luz de um lado a outro e que ninguém foi capaz de detectar até o momento," disse Hailey, acrescentando que extensas pesquisas infrutíferas foram feitas à procura de buracos negros ao redor de Sgr A*, o buraco negro supermassivo mais próximo da Terra e portanto o mais fácil de se estudar. "Ainda não tínhamos boas evidências para suportar a ideia."

Ele explicou que Sagittarius A* é rodeado por um halo de gás e poeira que fornece os ingredientes perfeitos para o nascimento de estrelas massivas, que vivem, morrem e podem vir a se tornar buracos negros. Além disso, acredita-se que buracos negros de fora do halo podem ser atraídos pelo buraco negro supermassivo conforme perdem sua energia, de modo que eles acabam parando nas vizinhas do buraco negro supermassivo, sob influência da sua força gravitacional.

Enquanto que a maioria dos buracos negros permanece isolada, alguns dos capturados são atraídos por estrelas no caminho, formando um par de estrelas. Os pesquisadores acreditam que há uma boa concentração desse buracos negros isolados e de pares deles no centro da galáxia, formando um agrupamento de buracos negros que aumenta em densidade conforme a distância ao buraco negro supermassivo decresce.

No passado, tentativas falhas em procurar evidências de tais agrupamentos focaram-se nas brilhantes emissões de raios-X que eventualmente ocorrem em pares de buracos negros.

"Essa é uma forma óbvia de se procurar buracos negros," disse Hailey, "mas o centro da galáxia é tão longe da Terra que essas emissões só são intensas e brilhantes o suficiente para vê-las a cada 100 ou 1000 anos". Para detectar pares de buracos negros, Hailey e seus colegas perceberam que teriam que procurar por emissões mais fracas, porém mais fáceis de se localizar originadas quando os pares de buracos negros estão num estado inativo.

"Seria muito mais fácil se os pares de buracos negros rotineiramente emitissem esses pulsos de raios-X assim como os pares de estrelas de nêutrons o fazem, mas isso não acontece, então temos que pensar em outras formas de estudá-los", afirmou Hailey. "Quando isolados, os buracos negros são apenas negros - eles não fazem nada. Então procurar por buracos negros sozinhos não é uma maneira esperta de encontrá-los. Porém, quando buracos negros encontram-se com estrelas de pouca massa, o par emite pulsos de raios-X que são fracos, mas consistentes e detectáveis. Se pudéssemos encontrar buracos negros acoplados com estrelas de baixa massa e como sabemos que uma fração de buracos negros se acoplam com estrelas de baixa massa, nós podemos cientificamente estimar a população de buracos negros isolados naquela região."

Hailey e sua equipe de pesquisadores se voltaram para dados do Observatório Espacial de Raios-X Chandra para testar sua técnica. Eles procuraram por emissões de raios-X provenientes de pares de buracos negros de baixa massa em seu estado inativo e conseguiram encontrar 12 deles em uma região de 3 anos-luz de raio ao redor de Sagittarius A*. Os pesquisadores então analisaram as propriedades e distribuição espacial dos sistemas binários identificados e extrapolaram a partir de suas observações que devem existir de 300 a 500 pares de buracos negros de baixa massa e cerca de 10 mil buracos negros isolados na área que cerca Sgr A*.

"Esse achado confirma uma importante teoria e as implicações são muitas," disse Hailey. "Isso está nos levando a significativos avanços na pesquisa de ondas gravitacionais pelo fato de que, sabendo-se o números de buracos negros no centro de uma galáxia típica, poderemos prever quantos eventos de ondas gravitacionais estão relacionados a eles. Toda informação que os astrofísicos precisam está no centro da galáxia."

Co-autores do estudo liderado por Chuck Hailey incluem: Kayla Mori, Michael E. Berkowitz e Benjamin J. Hord, todos da Universidade de Columbia; Franz E. Bauer do Instituto de Astrofísica da Faculdade de Física da Pontifícia Universidade Católica do Chile, Millennium Institute of Astrophysics, Vicuña Mackena, e o Instituto de Ciência Espacial, além de Jaesub Hong, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian.

Fonte: Phys.org