Essa lente gravitacional pode ter revelado buraco negro de massa intermediária

Por Daniele Cavalcante | 02 de Abril de 2021 às 12h30
NASA/CXC/M. Weiss

Entre os tipos de buracos negros teoricamente possíveis, estão os de massa intermediária — uma categoria considerada importante para que se possa compreender melhor a origem e evolução dos supermassivos. O problema é que, até hoje, nenhum foi comprovadamente encontrado, embora haja bons candidatos. Agora, um estudo sugere procurar por este “elos perdidos” através de raios gama.

Os buracos negros de intermediária seriam bem mais massivos que os estelares. Para se ter uma ideia, eles poderiam ter algo entre 100 e 100 mil massas solares, enquanto os de massa estelar não passam de algumas dezenas de vezes a massa do Sol. Já os supermassivos, normalmente presentes no centro de cada galáxia do universo, são verdadeiros titãs cósmicos, com até alguns bilhões de massas solares. Mas como eles se formaram?

Já sabemos que os de massa estelar nascem quando uma estrela relativamente pesada encerra seu ciclo de fusão nuclear e colapsa em sua própria gravidade. Mas os astrônomos ainda tentam desvendar o mistério sobre a formação dos buracos negros supermassivos, uma tarefa complicada porque simplesmente não conhecemos objetos tão grandes que possam se transformar em buracos negros.

Para complicar ainda mais, eles são antigos, alguns deles nascidos quando o universo tinha apenas 600 milhões de anos. E não há como o cosmos ter produzido algo tão massivo nessa época. É aí que entram os de massa intermediária — eles poderiam ter sido as “sementes” para a formação dos supermassivos. Mas a busca por estes objetos medianos tem sido pouco prolífica, com alguns pouquíssimos candidatos interessantes.

O buraco negro fotografado pelo EHT Collaboration é um supermassivo localizado no centro da galáxia M87 (Imagem: Reprodução/EHT Collaboration)

Em parte, a dificuldade para encontrá-los reside no fato de que eles são menores e menos ativos que os buracos negros supermassivos, ou seja, não estão se alimentando porque não há matéria circunvizinha. Por isso os astrônomos às vezes nutrem esperanças de que possam flagrar um intermediário no ato raro de devorar uma estrela, algo que parece ter acontecido em 2006, um dos eventos com boas chances de serem, de fato, evidências de um buraco negro de massa intermediária.

A nova técnica, proposta pelo novo estudo, publicado na Nature Astronomy, se baseia no fato de que buracos negros são capazes de criar lentes gravitacionais, ou seja, eles podem curvar o espaço-tempo ao seu redor graças à sua gravidade intensa. Isso significa que se uma fonte luminosa estiver atrás do buraco negro, formando um alinhamento perfeito com a Terra, a luz dessa fonte será distorcida antes de chegar até as lentes dos telescópios. E poucas fontes luminosas são mais poderosas que os raios gama.

O mais interessante do estudo não é a técnica em si, mas o fato de que através dela os pesquisadores conseguiram detectar um possível candidato a buraco negro intermediário. Eles vasculharam cerca de 2.700 explosões de raios gama, reunidas pelo Compton Gamma Ray Observatory 1991 e 2000, à procura de uma dupla de explosões que fossem bem parecidas, próximas e separadas por um intervalo curtíssimo — isso seria um sinal de que as duas explosões são, na verdade, apenas uma, com a luz dividida por uma lente gravitacional.

Em todo o conjunto de dados de 2.700 explosões, o software automatizado utilizado pelos pesquisadores encontrou apenas um evento que parecia ser um raio gama distorcido por alguma lente gravitacional, tendo sua luz dividida ao meio. Esse evento foi detectado em 1995, mas ocorreu quando o universo tinha cerca de 3 bilhões de anos. Meio segundo após essa detecção, uma explosão quase idêntica apareceu. Claro, pode ser que um único evento tenha resultado em duas rajadas de raios gama, mas uma lente gravitacional no meio do caminho também explica essa dupla de explosões gêmeas.

Diagrama que ilustra como a luz se divide em dois caminhos devido à lente gravitacional criada pelo buraco negro (Imagem: Reprodução/Samuel Velasco/Revista Quanta)

Como não foi encontrado nenhum objeto muito massivo entre a Terra e a explosão, a equipe concluiu que o responsável pela lente gravitacional poderia ser um buraco negro de massa intermediária. A análise mostra que a explosão foi ligeiramente deslocada do centro do suposto buraco negro, então sua luz tomou dois caminhos, um ligeiramente mais longo que o outro, exatamente o comportamento esperado caso houvesse algo massivo no meio do caminho.

Se essa hipótese estiver correta, o buraco negro detectado por este método teria até 55 mil massas solares, uma medida condizente com um buraco negro intermediário. De acordo com a equipe, esse método pode ajudar outros astrônomos a encontrar muitos mais candidatos no futuro. Infelizmente, não há como saber se o que eles encontraram era de fato um buraco negro — poderia ser outra coisa, e jamais saberemos, porque mesmo sabendo a localização do candidato, precisamos de outra explosão de raios gama exatamente no mesmo lugar para ver novamente o efeito de lente gravitacional.

Também é preciso considerar que as chances de que um buraco negro intermediário esteja perfeitamente alinhado entre a Terra e uma fonte de explosão de raios gama são muito pequenas. Tão pequenas que alguns pesquisadores não estão muito convencidos de que os autores do novo estudo tiveram a sorte de encontrar um evento desse. Seja como for, a equipe espera que o método seja colocado à prova mais vezes e, quem sabe, um buraco negro intermediário seja comprovadamente detectado.

Fonte: Quanta Magazine

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