Cadê? Buraco negro com 10 bilhões de massas solares está desaparecido

Por Daniele Cavalcante | 19 de Janeiro de 2021 às 22h00
Dimitar Todorov/Alamy

Onde um buraco negro com 10 bilhões de massas solares poderia se esconder? Essa é a pergunta que deixa os pesquisadores atordoados há anos. É que astrônomos e astrofísicos consideram que, no centro de toda galáxia, deve haver um buraco negro supermassivo, mas eles jamais encontraram nenhum sinal da presença de um objeto desse tipo no coração da galáxia A2261-BCG.

Cadê o buraco negro?

A galáxia elíptica gigante no centro desta imagem é a mais massiva e mais brilhante do aglomerado de galáxias Abell 2261 (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/M. Postman/STScI/T. Lauer/NOAO/Tucson/CLASH team)

A galáxia em questão é a mais brilhante de um aglomerado de galáxias chamado Abell 2261 — por isso, muitos se referem à A2261-BCG com o nome do próprio aglomerado. Ela fica a cerca de 2,7 bilhões de anos-luz de distância da Terra, na direção da constelação de Hércules, perto da estrela brilhante Vega. Em 2012, uma equipe de astrônomos observou a galáxia e notou algo muito estranho: não havia sinal algum de buraco negro central.

Claro, buracos negros são invisíveis, mas é possível encontrar pistas da presença desses objetos no centro das galáxias porque a gravidade gigantesca desses colossos misteriosos não apenas distorce a luz, como também organiza as estrelas do núcleo galáctico. Assim, através dessa interação gravitacional, é possível deduzir a presença de um buraco negro supermassivo. Os cientistas cogitam ser graças a essa interação que as galáxias se formam e evoluem.

Mas como explicar a formação de uma galáxia onde não há sinal de um buraco negro supermassivo central? Isso desafia toda a compreensão que os astrônomos têm sobre a evolução cósmica, então é melhor encontrar esse buraco negro "fujão", certo? É isso o que a mesma equipe da pesquisa de 2012 ainda tenta fazer nos dias de hoje — ou melhor, parte dela, mas alguns pesquisadores estão envolvidos em ambos os estudos.

A massa de um buraco negro supermassivo é proporcional à massa de sua galáxia anfitriã. Os cientistas calculam que o titã desaparecido que deveria estar no centro da A2261-BCG deveria ter 10 bilhões de massas solares (ou mais), o que o colocaria entre os maiores já encontrados pelos astrônomos — com o detalhe de que ele não foi encontrado. Para comparação, o buraco negro no centro da galáxia da Via Láctea, chamado Sagitário A* (pronuncia-se Sagitário A estrela) tem apenas cerca de quatro milhões de massas solares.

O núcleo difuso

Nesta imagem da Via Láctea, podemos ver como o núcleo parece denso, pois está repleto de estrelas antigas. O núcleo da galáxia A2261-BCG é muito maior e mais difuso (Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

Tod Lauer, um dos coautores da pesquisa de 2012, explicou na época que “esperar encontrar um buraco negro em cada galáxia é como esperar encontrar um caroço dentro de um pêssego”, ou seja, é praticamente uma certeza de que o objeto invisível está lá. Porém, através de uma observação com o telescópio Hubble, “cortamos o pêssego e não conseguimos encontrar o caroço”, disse o cientista. “Não sabemos ao certo se o buraco negro não está lá, mas o Hubble mostra que não há concentração de estrelas no núcleo”.

Na última frase, Lauer quer dizer que as estrelas no núcleo da galáxia A2261-BCG não se comportava como deveriam. Como dissemos antes, os buracos negros parecem ser responsáveis pela organização das galáxias, e sabemos disso observando o comportamento das estrelas dessas galáxias. É através desse comportamento que os astrônomos conseguem deduzir que há uma forte interação gravitacional no centro galáctico, fazendo com que as estrelas se acumulem ali, formando uma verdadeira “colmeia estelar” super compacta.

Só que isso não ocorre na A2261-BCG. Ali, o núcleo é muito maior do que deveria e as estrelas estão muito mais difusas, ou seja, mais espalhadas. É como se não houvesse nada mantendo as estrelas organizadas no núcleo. Então, a conclusão mais provável é que o buraco negro responsável pela tarefa de reunir as estrelas do núcleo simplesmente não está lá.

Marc Postman, líder da equipe de 2012, disse que a galáxia se destacou na imagem do Hubble. “O núcleo era muito difuso e muito grande. O desafio era então dar sentido a todos os dados, considerando o que sabíamos das observações anteriores do Hubble, e chegar a uma explicação plausível para a natureza intrigante desta galáxia em particular”.

A dúvida é se o buraco negro foi embora ou se nunca houve nenhum buraco negro na galáxia A2261-BCG. A segunda hipótese parece improvável demais. Se a galáxia nunca teve um desses objetos invisíveis, os astrônomos terão que explicar como ela se formou, já que os modelos cosmológicos deduzem que toda galáxia nasceu graças à gravidade de algum buraco negro. Então, a hipótese mais sedutora é a de que o buraco negro da A2261-BCG foi embora.

A busca continua

Imagem da Abell 2261 com dados de raios-X capturados pelo Chandra, além de dados infravermelhos e óticos do Hubble e do Subaru (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/U. Michigan/K. Gültekin/STScI/NAOJ/Subaru/NSF/NOAO/KPNO/VLA)

A equipe publicou um artigo em 2012 e outro no final de 2020, na tentativa de explicar onde foi parar um objeto tão grande. Uma possibilidade é que, na verdade, dois buracos negros centrais estavam orbitando um ao outro, talvez tão massivos quanto vários bilhões de sóis. Um deles seria nativo da galáxia A2261-BCG, enquanto o segundo poderia ter chegado depois, através de uma colisão com uma galáxia menor.

Neste cenário, as estrelas do centro galáctico se aproximaram dos dois buracos negros. Então, as estrelas teriam recebido um “chute” gravitacional, que é quando os objetos cósmicos são empurrados pela gravidade de outro corpo, em vez de ser atraído para uma colisão. Cada empurrão desse roubava um pouquinho da energia cinética buracos negros (a gravidade sempre vai influenciar todos os objetos envolvidos na interação), fazendo com que o par se aproximasse cada vez mais o par, até que finalmente se fundiram em um único buraco negro supermassivo, que ainda reside no centro da galáxia, em total silêncio.

Isso explicaria porque as estrelas do centro galáctico são difusas, e também explica como o buraco negro supermassivo se tornou tão quieto. Como ele empurrou tudo para longe, não sobrou material perto dele e, por isso, o colosso ficou sem nada para se alimentar; portanto, não emite sinais de atividade. Mas há também outra possibilidade: se os dois buracos negros em colisão tinham massas desiguais, parte da energia poderia irradiar mais fortemente em uma direção, produzindo o equivalente a um impulso de foguete.

Isso significa que o desequilíbrio de forças teria ejetado o novo buraco negro (agora já fundido por causa da colisão) para longe do centro galáctico a uma velocidade de milhões de quilômetros por hora — fenômeno que leva o nome de buraco negro em recuo. Sem o buraco negro central, as estrelas no centro da A2261-BCG ficaram sem uma “âncora gravitacional”, e começaram a se espalhar, fazendo com que o núcleo galáctico ficasse maior e mais difuso. Esse evento pode ser confirmado — ou não — através de uma detecção das ondas gravitacionais emitiras pela colisão entre os dois buracos negros. Os astrônomos poderiam saber, então, a massa de cada um deles, e saberiam quais movimentos foram desencadeados.

A busca pelo titã desaparecido instigou muitos outros cientistas, que fizeram suas próprias observações e publicaram seus artigos. Por exemplo, a equipe liderada por Sarah Burke-Spolaor, que usou o Hubble e o radiotelescópio Very Large Array para medições espectroscópicas, entre outras. Eles descobriram que um pequeno ponto observado antes, muito compacto e localizado perto da borda inferior do núcleo da galáxia, poderia ser um possível esconderijo do buraco negro. Mas o ponto era muito fraco até para o Hubble.

Por fim, Kayhan Gultekin, que não estava na equipe de descoberta original, liderou o estudo mais recente de outubro de 2020, junto de Lauer e outros que estavam na pesquisa de 2012. Eles usaram o Observatório de Raios-X Chandra para observar o núcleo do aglomerado de galáxias e aquele ponto fraco suspeito, além de outros pequenos pontos que outros estudos revelaram. O objetivo era encontrar algum material superaquecido e produtores de raios-X, que é o que acontece quando algo cai em direção a um buraco negro. Não houve sinal de atividade.

Se o buraco negro estivesse ali, teria de estar se alimentando a um milionésimo de sua taxa potencial. Só assim se manteria completamente indetectável, de acordo com Gultekin. Ou talvez não exista um buraco negro na A2261-BCG, o que seria uma descoberta muito agridoce para os astrofísicos. A procura pelo buraco negro desaparecido deve continuar, sobretudo quando o telescópio James Webb estiver disponível. Talvez com ele os cientistas consigam detectar sinais muito fracos que indiquem o que aconteceu neste canto misterioso do universo.

Fonte: New York Times, NASA

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