Depois de anos de buscas, astrônomos finalmente encontraram o primeiro buraco negro de massa estelar em Ômega Centauri, o maior aglomerado globular da Via Láctea. A descoberta foi possível graças à combinação de mais de 20 anos de observações do Telescópio Espacial Hubble com dados recentes do Telescópio Espacial James Webb, permitindo identificar um objeto invisível orbitado por uma estrela.
O resultado, publicado no The Astrophysical Journal Letters, confirma uma previsão feita há décadas: embora Ômega Centauri devesse abrigar milhares de buracos negros de massa estelar, nenhum havia sido identificado diretamente até agora.
Localizado a cerca de 18 mil anos-luz da Terra, Ômega Centauri reúne aproximadamente 10 milhões de estrelas ligadas pela gravidade. Modelos teóricos indicam que muitas estrelas massivas do aglomerado já terminaram suas vidas em explosões de supernova, deixando para trás uma população de cerca de 10 mil buracos negros de massa estelar. Apesar disso, todas as tentativas anteriores de encontrá-los haviam fracassado.
Desta vez, a equipe adotou uma estratégia diferente. Em vez de procurar emissões de rádio, raios X ou medir velocidades radiais, os pesquisadores utilizaram uma técnica chamada astrometria, que consiste em acompanhar com extrema precisão o movimento das estrelas ao longo do tempo.
Ao analisar imagens obtidas entre 2002 e 2023, os cientistas perceberam que uma estrela da sequência principal descrevia uma órbita em torno de um objeto invisível. Os cálculos mostraram que esse companheiro oculto possui 4,46 massas solares, valor incompatível com uma estrela de nêutrons e característico de um buraco negro.
Batizado de oMEGACat BH-2, o objeto apresenta características incomuns. Além de possuir uma massa menor do que os modelos previam para um ambiente pobre em elementos pesados como Ômega Centauri, ele forma um sistema binário com o maior período orbital já observado para esse tipo de objeto.
A estrela completa uma volta ao redor do buraco negro a cada 94 anos, um intervalo muito superior ao registrado em outros sistemas semelhantes conhecidos.
Segundo os pesquisadores, esse longo período orbital também fornece pistas sobre a origem do sistema. Tudo indica que a estrela e o buraco negro não nasceram juntos. Em vez disso, ambos passaram a orbitar um ao outro após interações gravitacionais ocorridas dentro do ambiente extremamente denso do aglomerado.
As simulações mostram que esse sistema não deverá permanecer estável para sempre. Encontros gravitacionais com outras estrelas deverão desfazer a dupla em menos de 1 bilhão de anos, um tempo relativamente curto quando comparado aos cerca de 12 bilhões de anos de idade de Ômega Centauri.
Além de confirmar a existência da população de buracos negros prevista para esse aglomerado, a descoberta também levanta novas questões sobre a formação desses objetos. O buraco negro possui uma massa inferior à esperada para uma estrela pobre em metais, indicando que esse processo pode ocorrer de maneira diferente do que os modelos atuais sugerem.
Os pesquisadores destacam que compreender como esses sistemas surgem é fundamental para interpretar a origem de muitos eventos de ondas gravitacionais, já que aglomerados globulares são considerados ambientes ideais para a formação de pares de buracos negros que eventualmente colidem.
A equipe agora pretende ampliar a busca por sistemas semelhantes em outros aglomerados globulares. No futuro, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, com seu amplo campo de visão e capacidade de realizar observações repetidas de regiões densamente povoadas da Via Láctea, poderá revelar muitos outros buracos negros escondidos em meio a milhões de estrelas.
Sobre a imagem:
Astrônomos descobriram o primeiro buraco negro de massa estelar em Ômega Centauri, que possui uma estrela companheira visível, mostrada em detalhes. Eles utilizaram dados de mais de 20 anos do Telescópio Espacial Hubble da NASA e dados recentes do Telescópio Espacial James Webb da NASA para fazer a descoberta.
Créditos da imagem: ESA, NASA, Maximilian Häberle (MPIA), Joseph DePasquale (STScI)
Estudo: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae7a5c