Astrônomos acreditam ter detectado um tipo inédito de buraco negro

Como se já não bastasse todo o mistério que circunda os buracos negros, eles acabam de ficar um pouquinho mais misteriosos. É que uma descoberta recém-anunciada revelou uma categoria completamente nova desses objetos, que abriga buracos negros consideravelmente menores do que os conhecidos até então. De quebra, a novidade forneceu aos cientistas uma técnica inédita para procurar por esses pequenos gigantes escondidos galáxia afora.

Buracos negros não exercem fascínio apenas às mentes curiosas que acompanham o conteúdo da SUPER — eles também são importantíssimos para a ciência. Seu estudo é uma peça chave para aprimorar o entendimento do Universo e contribui diretamente com o avanço de diversas vertentes da astrofísica.

Tanto que, para conhecer melhor a fauna dos objetos que vivem na Via Láctea, os pesquisadores tentam consolidar um “censo de buracos negros”, contendo a lista completa dos que são conhecidos.

É um pouco como o levantamento feito no Brasil pelo IBGE a cada dez anos, só que focado em dados como massa, tamanho e características do ambiente ao redor. Por muito tempo,  os astrônomos conheciam só buracos negros que variavam entre 5 e 15 vezes a massa do Sol – ou então os supermassivos, gigantes que ficam no centro das galáxias. Até que o LIGO detectou em 2017 a fusão de um buraco com 31 massas solares e outro com 25.

Isso mostrou que eles existem no Universo em tamanhos que podem exceder o esperado. Mas a dúvida permanecia na escala dos objetos menores.

Nesse ponto, vale lembrar de onde vem os buracos negros. Eles se formam quando uma estrela bem mais massiva que o Sol morre, colapsa perante o próprio peso e então explode. Esse mesmo processo também resulta na formação das estrelas de nêutron — sóis pequeninos e extremamente densos. Nem sempre a fronteira entre a formação de um buraco negro e a de uma estrela de nêutrons é muito clara.

Existe um limite teórico para a massa máxima de uma estrela de nêutrons: 2,5 vezes a massa do Sol. Se ultrapassar essa marca, ela sofre uma implosão gravitacional e vira um buraco negro. As estrelas de nêutrons conhecidas geralmente não têm mais que 2,1 massas solares. Já os menores buracos negros, como dissemos, ficam entre 5 massas solares. O que poderia existir nesse limbo entre as maiores estrelas de nêutrons e os buracos negros mais diminutos?

Foi o que Todd Thompson, astrônomo da Universidade Estadual de Ohio, quis entender. Ele e seus colegas traçaram uma estratégia científica interessante para investigar essa lacuna. Os resultados foram publicados nesta sexta (1) na revista Science.

Primeiro, vasculharam uma imensa base de dados chamada APOGEE, que contém registros do espectro da luz de mais ou menos 100 mil estrelas da Via Láctea. Se um certo espectro apresenta desvios para o azul e para o vermelho, significa que uma certa estrela sofre a influência gravitacional de outro objeto próximo, ou seja, que possui um vizinho cuja gravidade provoca um certo “puxa e empurra”.

Aí vem o pulo do gato: estrelas muitas vezes existem em um sistema binário, ligadas a uma outra estrela “irmã”, e as duas interagem entre si. Se isso é comum em grandes estrelas, então também é comum em buracos negros – que, portanto, por vezes fazer partes de sistemas binários, seja entre dois buracos negros ou um buraco negro e uma estrela.

Com base nessa informação, os pesquisadores saíram analisando sistemas binários para procurar potenciais buracos negros nos dados do APOGEE. Eles selecionaram os 200 espectros mais promissores, e então cruzaram os candidatos com os dados de um outro levantamento, o ASAS-SN, que cataloga supernovas.

Com isso, conseguiram achar o que buscavam. Encontraram uma estrela gigante vermelha orbitando um objeto com cerca de 3,3 massas solares – um potencial buraquinho negro. Só tinha um problema: era um objeto bem discreto e quietinho, sem atrair ou interagir com a matéria ao seu redor.

Normalmente, buracos negros engolem matéria ou do disco de acreção que gira em torno deles, ou da estrela em órbita a seu redor. Esse engole-engole acaba emitindo raios X, e é assim que cientistas costumam detectá-los. Sem a intensa emissão de raios X para, ele fica indetectável.

Se aquilo era um buraco negro, portanto, ele estava fazendo greve de fome. Fato é que a massa dele se encaixava precisamente na lacuna que os pesquisadores queriam investigar. Portanto, precisavam formalizar um método para encontrar objetos discretos desse tipo.

Com base nessa experiência, os cientistas concluíram que a estratégia ideal é combinar a velocidade radial (que provoca, no espectro eletromagnético, desvios para o vermelho e para o azul na emissão de luz do objeto) e a oscilação do brilho da estrela companheira, que indica alguma coisa invisível orbitando nas proximidades.

A ideia é usar essa tática para atualizar o censo dos buracos negros da Via Láctea — e entender melhor os buracos negros, as estrelas de nêutrons, as supernovas e o Universo.

Mas fica a pergunta: dá para dizer que o tal objeto intermediário de 3,3 é mesmo um buraco negro? A questão é complicada. Como a massa dele não é grandes coisas, a atração gravitacional voraz, típica de um buraco negro, não é uma característica tão marcante – o que pode explicar porque eles são tão discretos e “tímidos”.

Os pesquisadores colocam da seguinte forma: ou o objeto que encontramos é um buraco negro muito pequeno, ou é uma estrela de nêutrons extremamente grande. A pesquisa não encontrou, por enquanto, motivos para duvidar que o limite máximo de massa para estrelas de nêutrons esteja errado. Por eliminação, portanto, classificaram o achado de buraco negro. Ele, porém, estão abertos para mudanças na classificação. Afinal, a proposta da pesquisa era explorar um aspecto particularmente complexo do universo.

Nesta semana, estreou o primeiro minidocumentário da SUPER – justamente sobre buracos negros. Você pode assisti-lo abaixo: