Os astrônomos tiraram a primeira imagem direta de um buraco negro em 2019, graças ao material que brilha em sua presença. Mas muitos buracos negros são quase impossíveis de detectar. Agora, outra equipe usando o Telescópio Espacial Hubble parece ter finalmente encontrado algo que ninguém viu antes: um buraco negro que é completamente invisível. A pesquisa, que foi publicada online e submetida para publicação no Astrophysical Journal, ainda não foi revisada por pares.
Buracos negros são o que resta depois que grandes estrelas morrem e seus núcleos entram em colapso. Eles são incrivelmente densos, com gravidade tão forte que nada pode se mover rápido o suficiente para escapar deles, incluindo a luz. Os astrônomos estão interessados em estudar os buracos negros porque eles podem nos dizer muito sobre as maneiras pelas quais as estrelas morrem. Ao medir as massas dos buracos negros, podemos aprender sobre o que estava acontecendo nos momentos finais das estrelas, quando seus núcleos estavam em colapso e suas camadas externas estavam sendo expelidas.
Pode parecer que os buracos negros são, por definição, invisíveis; afinal, eles ganharam seu nome por causa de sua capacidade de capturar a luz. Mas ainda podemos detectá-los pela maneira como interagem com outros objetos graças à sua forte gravidade. Centenas de pequenos buracos negros foram detectados pela forma como interagem com outras estrelas.
Existem duas abordagens diferentes para tal detecção. Nas “estrelas binárias de raios X”, nas quais uma estrela e um buraco negro orbitam um centro compartilhado enquanto produzem raios X, o campo gravitacional de um buraco negro pode puxar material de seu companheiro. O material circunda o buraco negro, aquecendo por fricção ao fazê-lo. O material quente brilha intensamente na luz de raios-X, tornando o buraco negro visível, antes de ser sugado para dentro do buraco negro e desaparecer. Você também pode detectar pares de buracos negros à medida que eles se fundem, espiralando para dentro e emitindo um breve flash de ondas gravitacionais, que são ondulações no espaço-tempo.
Existem muitos buracos negros vagando pelo espaço sem interagir com nada, no entanto, são difíceis de detectar. Isso é um problema, porque se não podemos detectar buracos negros isolados, não podemos aprender sobre como eles se formaram e sobre a morte das estrelas de onde vieram.
Novos Horizontes Sombrios
Para descobrir um buraco negro tão invisível, a equipe de cientistas teve que combinar dois tipos diferentes de observações ao longo de vários anos. Essa conquista impressionante promete uma nova maneira de encontrar a classe anteriormente indescritível de buracos negros isolados.
A Teoria Geral da Relatividade de Einstein previu que objetos massivos curvariam a luz à medida que ela passasse por eles. Isso significa que qualquer luz que passe muito perto de um buraco negro invisível – mas não perto o suficiente para acabar dentro dele – será dobrada de maneira semelhante à luz que passa por uma lente. Isso é chamado de lente gravitacional e pode ser detectado quando um objeto em primeiro plano se alinha com um objeto de fundo, dobrando sua luz. O método já foi usado para estudar tudo, desde aglomerados de galáxias até planetas ao redor de outras estrelas.
Os autores desta nova pesquisa combinaram dois tipos de observações de lentes gravitacionais em sua busca por buracos negros. Começou com eles detectando a luz de uma estrela distante subitamente ampliada, brevemente fazendo com que ela parecesse mais brilhante antes de voltar ao normal. No entanto, eles não podiam ver nenhum objeto em primeiro plano que estivesse causando a ampliação através do processo de lente gravitacional. Isso sugeria que o objeto poderia ser um buraco negro solitário, algo que nunca havia sido visto antes. O problema era que também poderia ter sido apenas uma estrela fraca.
Descobrir se era um buraco negro ou uma estrela fraca exigia muito trabalho, e foi aí que surgiu o segundo tipo de observações de lentes gravitacionais. Os autores repetidamente tiraram imagens com o Hubble por seis anos, medindo até que ponto a estrela parecia se mover à medida que sua luz era desviada.
Eventualmente, isso permitiu que eles calculassem a massa e a distância do objeto que causou o efeito de lente. Eles descobriram que era cerca de sete vezes a massa do nosso sol, localizado a cerca de 5.000 anos-luz de distância, o que parece distante, mas na verdade está relativamente próximo. Uma estrela desse tamanho e tão próxima deve ser visível para nós. Como não podemos vê-lo, eles concluíram que deve ser um buraco negro isolado.
Fazer tantas observações com um observatório como o Hubble não é fácil. O telescópio é muito popular e há muita competição pelo seu tempo. E dada a dificuldade de confirmar um objeto como este, você pode pensar que as perspectivas de encontrar mais deles não são grandes. Felizmente, estamos no início de uma revolução na astronomia. Isso se deve a uma nova geração de instalações, incluindo a pesquisa Gaia em andamento e o próximo Observatório Vera Rubin e o Telescópio Espacial Romano Nancy Grace, que farão medições repetidas de grandes partes do céu com detalhes sem precedentes.
Isso será enorme para todas as áreas da astronomia. Ter medições regulares e de alta precisão de grande parte do céu nos permitirá investigar coisas em massa que mudam em escalas de tempo muito curtas. Estudaremos coisas tão variadas quanto asteroides, estrelas explosivas conhecidas como supernovas e planetas ao redor de outras estrelas de novas maneiras.
Quando se trata da busca por buracos negros invisíveis, isso significa que, em vez de comemorar a descoberta de apenas um, em breve poderemos encontrar tantos que se tornará rotina. Isso nos permitirá preencher as lacunas em nossa compreensão das mortes de estrelas e da criação de buracos negros.
Em última análise, os buracos negros invisíveis da galáxia estão prestes a achar muito mais difícil esconder.
Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
