Milhares de buracos negros em torno do centro da Via Láctea

Na década de 1970, os astrónomos perceberam que havia um buraco negro supermassivo (Supermassive Black Hole – SMBH) no centro da Via Láctea. Localizado a uma distância aproximada de 26000 anos-luz da Terra, entre as constelações de Sagitário e Escorpião, o buraco negro ficou conhecido como Sagitário A* (Sgr A*). O objeto é aproximadamente 4 milhões de vezes maior que o Sol, medindo 44 milhões de quilómetros e exercendo uma forte atração gravitacional.

Descobriu-se depois que a maioria das galáxias de grande massa possui SMBHs no núcleo, distinguindo-se entre as que têm e as que não têm um Núcleo Galáctico Ativo (Active Galactic Nuclei – AGN). Mas graças a uma investigação recente, realizada com a ajuda do Observatório Chandra de Raios-X, da NASA, os astrónomos descobriram sinais de centenas ou mesmo milhares de buracos negros localizados perto do centro da Via Láctea.

O estudo que descreve estas descobertas foi publicado na revista Nature, com o título: “A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the Galaxy“. O estudo foi conduzido por Chuck Hailey, do Laboratório Columbia de Astrofísica (CAL) da Universidade de Columbia, e inclui membros do Instituto de Astrofísica da Pontifícia Universidade Católica do Chile e do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian.

Analisando os dados do Chandra, a equipa procurou binários de raios-X contendo buracos negros nas proximidades de Sgr A*. Os buracos negros não são detetáveis em luz visível, no entanto, objetos deste tipo (ou estrelas de neutrões) que se encontrem em sistemas binários (ligados gravitacionalmente a outra estrela próxima) vão extraindo matéria das estrelas companheiras, que vai sendo agregada aos discos dos buracos negros e aquecida até milhões de graus. O processo tem como resultado a libertação de raios-X, que se podem detetar, e é por isto que estes sistemas têm o nome de “binários de raios-X”.

A equipa procurou então raios-X de fontes localizadas num raio de aproximadamente 12 anos-luz de Sgr A*. Selecionaram depois as fontes com espectros semelhantes aos dos binários de raios-X conhecidos, que emitem quantidades relativamente grandes de raios-X de baixa energia.

Usando este método, foram detetados 14 binários de raios-X a distâncias até cerca de 3 anos-luz de Sgr A*, todos contendo buracos negros de massa estelar (de 5 a 30 massas solares). Duas dessas fontes tinham sido identificadas em estudos anteriores e foram eliminadas da análise, ficando apenas 12 novas fontes. Outras fontes, com quantidades relativamente grandes de raios-X de alta energia, foram consideradas binários contendo anãs brancas.

Com base na variabilidade e no facto de as suas emissões de raios-X ao longo dos anos serem diferentes das esperadas para binários contendo estrelas de neutrões, Hailey e a equipa concluíram que a maior parte dos 12 binários de raios-X descobertos contém muito provavelmente buracos negros.

Tendo em conta que apenas os mais brilhantes binários de raios-X que contêm buracos negros são detetáveis em torno de Sgr A* (dada a sua distância da Terra), Hailey e a equipa concluíram que isto implica a existência de uma população muito maior. As estimativas apontam poder haver entre 300 a 1000 buracos negros de massa estelar em torno de Sgr A*.

As descobertas confirmam o que os estudos teóricos sobre a dinâmica das estrelas nas galáxias haviam indicado no passado: ao longo de milhões de anos, uma grande população (até 20000) de buracos negros de massa estelar ter-se-á movido para o interior da galáxia agregando-se em torno do gigantesco buraco negro central. No entanto, esta foi a primeira prova observacional do fenómeno.

Naturalmente, os autores reconhecem que pode haver outras explicações para as emissões de raios-X detetadas, que incluem a possibilidade de metade das 12 fontes observadas serem pulsares de milissegundo – estrelas de neutrões a girar muito rapidamente com fortes campos magnéticos. No entanto, com base nas observações, Hailey e a equipa defendem fortemente a explicação dos buracos negros.

Além disso, um estudo de acompanhamento conduzido por Aleksey Generozov (et al.), da Universidade de Columbia – “An Overabundance of Black Hole X-Ray Binaries in the Galactic Center from Tidal Captures” – indicou que poderia haver entre 10000 a 40000 binários de buracos negros no centro da nossa galáxia. De acordo com este estudo, os binários seriam o resultado da captura de estrelas companheiras pelos buracos negros.

Para além de revelar imenso sobre a dinâmica das estrelas na Via Láctea, este estudo tem implicações no novo campo de investigação das ondas gravitacionais. No essencial, sabendo quantos buracos negros residem no centro das galáxias (e que periodicamente se vão fundindo entre si), os astrónomos serão capazes de prever melhor o número de eventos de ondas gravitacionais a eles associados.

A partir daqui, é possível criar modelos de previsão que estimem como e quando poderão acontecer eventos de ondas gravitacionais, bem como avaliar que papel podem desempenhar na evolução galáctica. E com os instrumentos da próxima geração – o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Telescópio Avançado da ESA para Astrofísica de Alta Energia (ATHENA) – será possível determinar exatamente quantos buracos negros existem perto do centro de nossa galáxia.

Fontes da notícia: Universe Today e Chandra.