Nota de Imprensa

“Polícia de buracos negros" descobre buraco negro inativo fora da nossa Galáxia

18 de Julho de 2022

Uma equipa internacional de investigadores, conhecidos por refutarem várias supostas descobertas de buracos negros, descobriram um buraco negro de massa estelar na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da nossa. “Pela primeira vez, a nossa equipa juntou-se para relatar a descoberta de um buraco negro, em vez de ser para refutar um,” disse o líder do estudo Tomer Shenar. Além disso, a equipa descobriu também que a estrela que deu origem a este buraco negro desapareceu sem deixar traços de uma explosão poderosa. A descoberta foi feita graças a seis anos de observações obtidas com o Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO).

“Conseguimos identificar uma ‘agulha num palheiro’”, disse Shenar que começou o estudo na KU Leuven na Bélgica [1] e é agora bolseiro Marie-Curie na Universidade de Amesterdão, Países Baixos. Apesar de terem sido propostos outros candidatos a buracos negros similares, a equipa afirma que este é o primeiro buraco negro estelar “inativo” a ser detectado fora da nossa Galáxia sem qualquer ambiguidade.

Os buracos negros de massa estelar formam-se quando estrelas massivas chegam ao fim das suas vidas e colapsam sob a sua própria gravidade. Num binário, um sistema de duas estrelas que rodam em torno uma da outra, este processo dá origem a um buraco negro em órbita com uma estrela companheira luminosa. Diz-se que um buraco negro está inativo se não emite altos níveis de raios X, sendo esta precisamente a maneira como tais buracos negros são tipicamente detectados. “É impressionante não conhecermos quase nenhuns buracos negros inativos, dado o quão vulgares os astrónomos acreditam que sejam,” explica o co-autor do estudo Pablo Marchant da KU Leuven. O buraco negro agora descoberto tem, pelo menos, nove vezes a massa do nosso Sol e orbita uma estrela azul quente com 25 vezes a massa solar.

Os buracos negros inativos são particularmente difíceis de detectar uma vez que não interagem muito com o meio que os rodeia. “Já há mais de dois anos que andamos à procura destes sistemas binários com buracos negros,” diz a co-autora do trabalho Julia Bodensteiner, bolseira do ESO na Alemanha. “Fiquei muito entusiasmada quando soube de VFTS 243, que é, na minha opinião, o candidato mais convincente encontrado até à data.” [2]

Para encontrar VFTS 243, a equipa observou quase 1000 estrelas massivas na região da Nebulosa da Tarântula, situada na Grande Nuvem de Magalhães, procurando aquelas que podiam ter buracos negros como companheiros. Identificar estes companheiros como sendo buracos negros é extremamente difícil, já que existem muitas outras alternativas.

“Como investigador que tem refutado potenciais buracos negros nos últimos anos, confesso que me senti extremamente cético relativamente a esta descoberta,” disse Shenar. Este ceticismo era partilhado pelo co-autor Kareem El-Badry do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian nos EUA, a quem Shenar chama o “destruidor de buracos negros”. “Quando Tomer me pediu para verificar estes resultados, eu estava com bastantes dúvidas. No entanto, não consegui encontrar nenhuma explicação plausível para os dados sem envolver um buraco negro,” explica El-Badry.

A descoberta também deu à equipa uma visão única dos processos que acompanham a formação dos buracos negros. Os astrónomos acreditam que um buraco negro de massa estelar se forma quando o núcleo de uma estrela massiva moribunda colapsa, mas não sabem bem se este evento se faz acompanhar de uma violenta explosão de supernova.

“A estrela que deu origem ao buraco negro observado em VFTS 243 parece ter colapsado completamente sem sinal algum de uma explosão anterior,” explica Shenar. “Evidências deste cenário de “colapso direto” têm vindo a aparecer recentemente, mas agora o nosso estudo mostra uma das indicações mais diretas deste fenómeno. Isto tem implicações enormes para a origem da fusão de buracos negros no cosmos.”

O buraco negro em VFTS 243 foi encontrado com o auxílio de seis anos de observações da Nebulosa da Tarântula obtidas com o instrumento FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) montado no VLT do ESO [3].

Apesar da alcunha “polícia de buracos negros”, a equipa encoraja o escrutínio ativo deste resultado e espera que o seu trabalho, publicado hoje na revista Nature Astronomy, permita a descoberta de outros buracos negros de massa estelar em órbita de estrelas massivas, milhares dos quais se prevêem que existam na Via Láctea e nas Nuvens de Magalhães.

“Claro que estou à espera que outros investigadores desta área verifiquem a nossa análise cuidadosamente e tentem encontrar modelos alternativos,” conclui El-Badry. “Este é um projeto muito interessante para se estar envolvido.”

Notas

[1] Este trabalho foi levado a cabo por uma equipa de investigadores liderados por Hugues Sana do Instituto de Astronomia da KU Leuven.

[2] Um estudo separado liderado por Laurent Mahy, que integrou muitos membros da mesma equipa e foi aceite para publicação na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics, dá conta de outro candidato a buraco negro estelar muito promissor no sistema HD 130298, na nossa própria Galáxia, a Via Láctea.

[3] As observações usadas neste trabalho de investigação cobrem cerca de seis anos: são dados do rastreio VLT FLAMES Tarantula Survey (liderado por Chris Evans do Centro de Tecnologia e Astronomia do Reino Unido, STFC, Observatório Real de Edimburgo; agora na Agência Espacial Europeia) obtidos em 2008 e 2009, e dados adicionais do programa Tarantula Massive Binary Monitoring (liderado por Hugues Sana, KU Leuven), obtidos entre 2012 e 2014.

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi apresentado num artigo intitulado “An X-ray quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary of the Large Magellanic Cloud” publicado na revista da especialidade Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-022-01730-y).

O trabalho que levou à obtenção destes resultados teve financiamento do Conselho Europeu de Investigação no âmbito do programa de investigação e inovação Horizonte 2020 da União Europeia (bolsa n.º 772225: MULTIPLES) (PI: Sana).

A equipa é composta por: T. Shenar (Instituto de Astronomia, KU Leuven, Bélgica [KU Leuven]; Instituto de Astronomia Anton Pannekoek, Universidade de Amesterdão, Amesterdão, Países Baixos [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Observatório Real da Bélgica, Bruxelas, Bélgica), K. El-Badry (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, EUA [CfA]; Harvard Society of Fellows, Cambridge, EUA; Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemanha, Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemanha, MPIfR), L. A. Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil; Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brasil), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chile), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Alemanha), P. Crowther (Department of Physics & Astronomy, University of Sheffield, Reino Unido), M. Gieles (ICREA, Barcelona, Espanha; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Barcelona, Espanha), M. Gromadzki (Observatório Astronómico, Universidade de Varsóvia, Polónia [Varsóvia]), V. Henault-Brunet (Department of Astronomy and Physics, Saint Mary’s University, Halifax, Canadá), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanha [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanha [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Varsóvia), S. Kozłowski (Varsóvia), D. J. Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espanha), P. Mróz (Warsaw), A. F. J. Moffat (Department of Physics and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Canadá), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Varsóvia), R. Poleski (Varsóvia), K. Rybicki (Varsóvia e Departamento de Física das Partículas e Astrofísica, Instituto de Ciências Weizmann, Israel), F. R. N. Schneider (Instituto de Estudos Teóricos de Heidelberg, Heidelberg, Alemanha [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Alemanha), D. M. Skowron (Varsóvia), J. Skowron (Varsóvia), I. Soszyński (Varsóvia), M. K. Szymański (Varsóvia), S. Toonen (API), A. Udalski (Varsóvia), K. Ulaczyk (Department of Physics, University of Warwick, Reino Unido), J. S. Vink (Armagh Observatory & Planetarium, Reino Unido) e M. Wrona (Varsóvia).

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia. Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico. A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido para mapear o céu no visível. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

Contactos

Tomer Shenar
KU Leuven and University of Amsterdam
Leuven and Amsterdam, Belgium and The Netherlands
Email: t.shenar@uva.nl

Julia Bodensteiner
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6409
Email: julia.bodensteiner@eso.org

Kareem El-Badry
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, USA
Email: kareem.el-badry@cfa.harvard.edu

Pablo Marchant
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel: +32 16 33 05 47
Email: pablo.marchant@kuleuven.be

Hugues Sana
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tel: +32 479 50 46 73
Email: hugues.sana@kuleuven.be

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2210, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.