A descoberta, um dos únicos buracos negros de massa intermediária confirmados, vive em um objeto igualmente raro conhecido como núcleo despojado de baixa massa.
Os astrônomos descobriram um buraco negro como nenhum outro. Com cem mil massas solares, é menor que os buracos negros que encontramos nos centros das galáxias, mas maior que os buracos negros que nascem quando as estrelas explodem. Isso o torna um dos únicos buracos negros de massa intermediária confirmados, um objeto que há muito é procurado pelos astrônomos.
“Temos detecções muito boas dos maiores buracos negros de massa estelar até 100 vezes o tamanho do nosso sol, e buracos negros supermassivos nos centros das galáxias que são milhões de vezes o tamanho do nosso sol, mas não há quaisquer medidas de preto entre estes. Essa é uma grande lacuna”, disse o autor sênior Anil Seth, professor associado de astronomia da Universidade de Utah e coautor do estudo. “Esta descoberta preenche a lacuna.”
A galáxia de Andrômeda, ou M31, é a maior vizinha galáctica da nossa Via Láctea. Crédito: NASA/JPL-Caltech
O buraco negro estava escondido dentro de B023-G078, um enorme aglomerado estelar em nossa galáxia mais próxima, Andrômeda. Há muito considerado um aglomerado globular de estrelas, os pesquisadores argumentam que B023-G078 é, em vez disso, um núcleo despojado. Núcleos despojados são remanescentes de pequenas galáxias que caíram em maiores e tiveram suas estrelas externas arrancadas por forças gravitacionais. O que resta é um núcleo minúsculo e denso orbitando a galáxia maior e no centro desse núcleo, um buraco negro.
“Anteriormente, encontramos grandes buracos negros dentro de núcleos massivos e despojados que são muito maiores que B023-G078. Sabíamos que devia haver buracos negros menores em núcleos de massa mais baixa, mas nunca houve evidência direta”, disse o principal autor Renuka Pechetti, da Liverpool John Moores University, que iniciou a pesquisa enquanto estava nos EUA. caso claro de que finalmente encontramos um desses objetos.”
O estudo foi publicado em 11 de janeiro de 2022, em O Jornal Astrofísico.
O painel esquerdo mostra uma imagem de campo amplo de M31 com a caixa vermelha e inserção mostrando a localização e a imagem de B023-G78 onde o buraco negro foi encontrado. Crédito: Iván Éder, https://www.astroeder.com/; HST ACS/HRC
Um palpite de uma década
B023-G078 era conhecido como um aglomerado estelar globular massivo – uma coleção esférica de estrelas fortemente ligadas pela gravidade. No entanto, houve apenas uma única observação do objeto que determinou sua massa total, cerca de 6,2 milhões de massas solares. Durante anos, Seth teve a sensação de que era outra coisa.
“Eu sabia que o objeto B023-G078 era um dos objetos mais massivos de Andrômeda e pensei que poderia ser um candidato a um núcleo despojado. Mas precisávamos de dados para provar isso. Estávamos solicitando vários telescópios para obter mais observações por muitos, muitos anos e minhas propostas sempre falhavam”, disse Seth. “Quando descobrimos um buraco negro supermassivo dentro de um núcleo despojado em 2014, o Observatório Gemini nos deu a chance de explorar a ideia.”
Com seus novos dados observacionais do Observatório Gemini e imagens do telescópio espacial Hubble, Pechetti, Seth e sua equipe calcularam como a massa foi distribuída dentro do objeto modelando seu perfil de luz. Um aglomerado globular tem um perfil de luz característico que tem a mesma forma perto do centro que nas regiões externas. B023-G078 é diferente. A luz no centro é redonda e depois fica mais plana movendo-se para fora. A composição química das estrelas também muda, com mais elementos pesados nas estrelas no centro do que perto da borda do objeto.
“Aglomerados estelares globais se formam basicamente ao mesmo tempo. Em contraste, esses núcleos despojados podem ter episódios repetidos de formação, onde o gás cai no centro da galáxia e forma estrelas. E outros aglomerados de estrelas podem ser arrastados para o centro pelas forças gravitacionais da galáxia”, disse Seth. “É uma espécie de depósito de lixo para um monte de coisas diferentes. Assim, estrelas em núcleos despojados serão mais complicadas do que em aglomerados globulares. E foi isso que vimos no B023-G078.”
Os pesquisadores usaram a distribuição de massa do objeto para prever o quão rápido as estrelas deveriam se mover em qualquer local dentro do aglomerado e compararam com seus dados. As estrelas de maior velocidade estavam orbitando em torno do centro. Quando eles construíram um modelo sem incluir um buraco negro, as estrelas no centro eram muito lentas em comparação com suas observações. Quando adicionaram o buraco negro, obtiveram velocidades que correspondiam aos dados. O buraco negro aumenta a evidência de que este objeto é um núcleo despojado.
“As velocidades estelares que estamos obtendo nos dão evidência direta de que há algum tipo de massa escura bem no centro”, disse Pechetti. “É muito difícil para aglomerados globulares formar grandes buracos negros. Mas se estiver em um núcleo despojado, então já deve haver um buraco negro presente, deixado como um remanescente da galáxia menor que caiu na maior.”
Os pesquisadores esperam observar mais núcleos despojados que podem conter buracos negros de massa mais intermediária. Esta é uma oportunidade para aprender mais sobre a população de buracos negros nos centros de galáxias de baixa massa e aprender sobre como as galáxias são construídas a partir de blocos de construção menores.
“Sabemos que grandes galáxias se formam geralmente a partir da fusão de galáxias menores, mas esses núcleos despojados nos permitem decifrar os detalhes dessas interações passadas”, disse Seth.
Referência: “Detecção de 100.000 M⊙ buraco negro no aglomerado globular mais massivo de M31: um núcleo despojado pelas marés” por Renuka Pechetti, Anil Seth, Sebastian Kamann, Nelson Caldwell, Jay Strader, Mark den Brok, Nora Luetzgendorf, Nadine Neumayer e Karina Voggel, 11 de janeiro de 2022, O Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac339f
Outros autores incluem Sebastian Kamann da Liverpool John Moores University; Nelson Caldwell, Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica; Jay Strader, Universidade Estadual de Michigan; Mark den Brok, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam; Nora Luetzgendorf, Agência Espacial Europeia; Nadine Neumayer, Max Planck Institüt für Astronomy; e Karina Voggel, Observatoire astronomique de Strasbourg.
