Via Láctea esconde dezenas de milhares de buracos negros

Os próprios buracos negros não são visíveis, mas a emissão de raios-x e rádio da matéria ao lado deles pode nos dar uma idéia de sua localização e propriedades físicas.

No centro de quase todas as galáxias, há um buraco negro supermassivo, no local em que a matéria coletou massas de milhões ou até bilhões de bilhões de energia solar. No entanto, ao redor dela, deve haver não apenas muitas estrelas em movimento rápido, mas também dezenas de milhares de buracos negros menores formados a partir dos restos de estrelas maciças, que deveriam estar perto do centro galáctico. Observando o espaço em torno de Sagitário A * , nosso monstro no centro da Via Láctea pesando quatro milhões de energia solar, encontramos estrelas, poeira, gás, radiação eletromagnética e tudo o que era esperado, com uma exceção: nenhuma evidência da presença desses pequenos buracos negros. Esperava-se que na região com um diâmetro de apenas seis anos-luz e um centro em Sagitário A * houvesse mais de dez mil, mas não foram encontrados lá. Ou seja, até chegarmos a um novo método engenhoso, graças ao qual encontramos uma dúzia deles somente no ano passado. Segue-se que esses buracos negros estão realmente lá, e agora temos uma idéia de como encontrá-los.


Imagem composta de um buraco negro no centro da nossa galáxia a partir de raios-x e raios infravermelhos: Sagitário A *. Sua massa é de quatro milhões de energia solar e é cercada por gás quente emitindo raios-x, estrelas e, potencialmente, muitos milhares de buracos negros menores.

A região do espaço em torno de um buraco negro no centro da nossa galáxia é preenchida com material que só pode ser detectado fora do espectro visível. Embora não haja dúvida de que há uma infinidade de fontes de luz estreladas lá, a poeira que preenche o plano de nossa Via Láctea é suficiente para bloquear toda a luz que de outra forma teria passado 25.000 anos-luz para alcançar nossos olhos. Mas em grandes comprimentos de onda, nas faixas de infravermelho e rádio, há luz que pode penetrar até nós e revelar a presença de estrelas e gás no centro, e a radiação de raios-x em comprimentos de onda mais curtos pode nos fornecer uma enorme quantidade de informações sobre as fontes de energia de radiação e os eventos que ocorrem lá .


A imagem do centro galáctico à luz de vários comprimentos de onda mostra estrelas, gás, radiação e buracos negros, além de outras fontes. Mas a luz que vem de todos eles, dos raios gama à luz visível e às ondas de rádio, pode apenas dizer que podemos capturar nossos instrumentos a uma distância de 25.000 ou mais anos-luz.

Quando estudamos o espaço ao redor de Sagitário A *, vemos um grande número de estrelas se movendo ao redor do buraco negro central, bem como flashes periódicos que surgem durante a absorção de vários pedaços de matéria pelo buraco negro. Pelo que vemos, podemos imaginar como é essa região do espaço: é cheia de matéria que pode criar estrelas ativamente e é rica em elementos pesados. O gás e a poeira presentes ali criam um ambiente ideal para a formação ativa de estrelas, que, como dizem nossas melhores teorias, é exatamente o que acontece lá. Muitas estrelas com uma grande variedade de massas devem se formar ali, das quais deve ser obtido um número bastante grande de supernovas, estrelas de nêutrons e buracos negros. É a partir desses dados que fazemos uma avaliação do fato de que, no raio de três anos-luz de Sagitário A *, deve haver cerca de 10.000 a 20.000 buracos negros.


Uma multidão inteira de estrelas foi descoberta ao lado de um buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Além dessas estrelas, gás e poeira, esperamos que nessa região haja pelo menos 10.000 buracos negros localizados a apenas alguns anos-luz de Sagitário A *, mas até agora tem sido bastante difícil detectá-los.

Mas, apesar da previsão, temos problemas para observar esses buracos negros. E há uma razão convincente para isso: a maioria deles é difícil de observar, porque não emitem radiação que poderíamos pegar. Para detectar buracos negros isolados que foram as únicas estrelas em nosso sistema, não temos um método de trabalho. Mas, para ver buracos negros existentes em sistemas binários nos quais um buraco negro e uma estrela se movimentam, existe uma maneira complicada: estamos procurando flashes brilhantes de raios-X emitidos por esses sistemas. De acordo com o astrofísico Chuck Haley :

Essa é uma maneira óbvia de procurar buracos negros. Mas o centro galáctico está tão longe da Terra que esses flashes são fortes e brilhantes o suficiente para podermos vê-los, apenas uma vez a cada 100-1000 anos.

E como ainda não tivemos sorte, precisávamos de um método diferente.


Um buraco negro é conhecido por absorver matéria e tem um horizonte de eventos dos quais nada pode escapar. Mas além do horizonte, ele pode emitir raios-x. Pode ocorrer tanto na forma de grandes surtos, como na forma de um fluxo constante e relativamente calmo, surgindo devido à ingestão lenta do vizinho de BH

Foi nesse momento que a equipe de Haley veio em socorro. Em vez de procurar um sistema binário com uma estrela e um buraco negro em um estado ativo caracterizado por explosões, eles perceberam que era possível procurar traços de ondas de raios-X menos energéticas que deveriam existir durante a inatividade desses sistemas. Hayley continua:

Seria simples se sistemas binários com um buraco negro emitissem flashes poderosos constantemente, como fazem os sistemas binários com uma estrela de nêutrons, mas não é assim, então tivemos que inventar outra maneira de encontrá-los. Quando um buraco negro se aproxima de uma pequena estrela de massa, essa parceria emite raios-x, que são mais fracos, mas são constantes e podem ser detectados.

Levaria muito tempo para rastrear esses efeitos no centro galáctico na faixa de raios-x, e sem uma meta claramente definida, esse projeto não seria aprovado. Mas a equipe de Haley tinha um trunfo: esses dados existiam graças ao Observatório de Raios-X Chandra .


O buraco negro supermassivo de nossa galáxia testemunhou flashes extremamente brilhantes, mas nenhum deles era tão brilhante ou longo quanto o XJ1500 + 0134. Graças a esse tipo de evento, Chandra coletou uma enorme quantidade de dados para 19 anos de observações do centro galáctico.

Chandra observou periodicamente o centro galáctico por mais de 19 anos. Tendo estudado o conjunto completo de dados de arquivo, a equipe conseguiu descobrir uma coisa incrível: sinais de raios X da presença de doze sistemas binários independentes, inativos e silenciosos, provenientes de um buraco negro e uma estrela. Dado que, na Via Láctea, até agora descobrimos apenas 60 buracos negros, esse é um aumento sério em seu número - mas não apenas. Todos esses 12 sistemas BH / estrela estão dentro de três anos-luz de Sagitário A *, e sua existência nos permite fazer algo mais interessante: estimar o número total de buracos negros existentes nesta região. Com base nos dados coletados, deve haver algo em torno de 300-500 sistemas consistindo de um buraco negro e uma estrela e cerca de 10.000 buracos negros isolados.


Nos centros das galáxias existem estrelas, gás, poeira e (como sabemos agora) buracos negros que giram e interagem com o objeto supermassivo central da galáxia.

Esta é uma descoberta incrível, e só foi possível dentro da estrutura da nossa Via Láctea. Conhecendo a existência de cerca de 10.000 buracos negros nas proximidades de nosso buraco negro supermassivo, podemos avaliar o que acontece no centro de cada galáxia com um buraco negro supermassivo: milhares e milhares de buracos negros comuns se movendo ao seu redor. Na década de 2030, a Agência Espacial Europeia lançará a Antena Espacial Aprimorada, usando o princípio de um interferômetro a laser (eLISA, anteriormente LISA), um detector espacial de ondas gravitacionais com ombros muito longos. Ao contrário dos sistemas com corpos estreitamente espaçados de pequena massa e um pequeno período orbital, aos quais o LIGO é sensível, o eLISA poderá detectar pela primeira vez buracos negros com um longo período orbital, espiralando e se fundindo com buracos negros supermassivos no centro das galáxias.


Nos últimos dois anos, ondas gravitacionais da confluência de estrelas de nêutrons e buracos negros foram descobertas na Terra. Ao criar um observatório gravitacional no espaço, podemos aumentar a sensibilidade a um nível que possa prever fusões com buracos negros supermassivos.

Este é um estudo extremamente importante porque nos fornece a primeira evidência real do que o eLISA procurará, o que nos motiva ainda mais a procurar eventos que, como já sabemos, possam existir. Ao contrário dos buracos negros do LIGO, durante esses processos de reaproximação, teremos semanas, meses ou até anos de desvantagens, o que nos permitirá saber claramente quando e em que momento será necessário olhar para ver a fusão. Esta é a primeira confirmação da teoria da existência de dezenas de milhares de buracos negros em torno de buracos negros supermassivos nos centros de galáxias, e nos permite prever melhor quantos eventos relacionados causando ondas gravitacionais podemos registrar.

Toda a informação que precisamos sobre isso está nos centros das galáxias, incluindo a nossa. Pela primeira vez, podemos ter certeza de que os buracos negros não são raridades cósmicas, existem em grande número em todas as galáxias do universo.