Um buraco negro de massa média é o elo que faltava entre os buracos negros do tamanho de uma estrela e os gigantes supermassivos.
No centro de quase todas as grandes galáxias está um buraco negro supermassivo. Esses titãs, bilhões de vezes a massa do Sol, influenciam a evolução das galáxias em cujo coração estão localizados.
No entanto, os astrônomos não conseguem entender como eles alcançaram proporções tão enormes. Alguns deles parecem ter se formado apenas 600 milhões de anos após o Big Bang.quando o universo tinha apenas 4% de sua idade atual. Do ponto de vista de como entendemos o processo de crescimento dos buracos negros, isso parece impossível. “Simplesmente não haveria tempo suficiente para criar um buraco negro tão grande tão cedo”, diz Lukasz Wyrzykowski, um astrônomo da Universidade de Varsóvia. “Ou seja, sem algo de que pudessem crescer”, esclarece.
Acredita-se que tais "sementes" sejam buracos negros de massa média - buracos negros gigantes, o elo perdido entre buracos negros de massa estelar formados pela morte de estrelas e buracos negros supermassivos. Os buracos negros de massa média deveriam pesar entre 100 e 100.000 massas solares e, de acordo com os cientistas, eles representam uma fase crítica no crescimento de monstros no centro das galáxias.
O principal problema é que são difíceis de detectar. "Os buracos negros não emitem nada", disse Daniel Holtz , astrofísico da Universidade de Chicago. "Portanto, são muito difíceis de encontrar."
Os astrônomos já identificaram vários candidatos potenciais para o título de "buraco negro de massa média". No ano passado, com o Telescópio Espacial Hubble, eles descobriram um buraco negro de 50.000 massas solares engolfando uma estrela ; outro candidato 20.000 vezes mais pesado que o Sol, o HLX-1 parece estar fazendo o mesmo .
Os pesquisadores afirmam que, graças ao novo método, eles encontraram um buraco negro com peso de até 55.000 solares. Um artigo sobre esta descoberta foi publicado recentemente na revista. Nature Astronomy , também apresenta uma estratégia de busca que ajudará a encontrar muitos mais buracos negros semelhantes no futuro.
O estudo foi liderado por James Painter , um estudante de doutorado da Universidade de Melbourne. Em 2018, a conselheira científica de Painter e coautora Rachel Webster pediu-lhe para analisar aproximadamente 2.700 explosões de raios gama (explosões brilhantes de energia que se acredita serem o resultado de fusões de estrelas de nêutrons ou supernovas gigantes) coletadas pelo Observatório Compton Gamma-ray da NASA (Inglês Compton Gamma Ray Observatory, CGRO) entre 1991 e 2000.
Ele estava procurando por pares de GRBs quase idênticos, seguindo um após o outro com uma pequena pausa. Um flash duplo pode indicar que a explosão de raios gama está sendo "direcionada" por um objeto entre nós. Um objeto tão grande, dobrando a luz da explosão em seu caminho para a Terra, poderia ser um buraco negro de massa média.
Em todo o conjunto de dados de 2.700 GRBs, o software automatizado do Painter isolou apenas um caso. Em 1995, o Observatório Compton registrou uma explosão de uma suposta explosão de raios gama que ocorreu quando o universo tinha cerca de 3 bilhões de anos. Meio segundo depois, uma explosão quase idêntica foi gravada.
A equipe concluiu que existe um buraco negro de massa média entre a Terra e o GRB. A explosão de raios gama não estava localizada exatamente no centro do buraco negro, então sua luz viajou por dois caminhos diferentes, um dos quais era um pouco mais longo. “A lente afeta a trajetória de dois fótons que viajam ao longo das 'bordas' opostas do buraco negro”, explica o co-autor Eric Train , astrofísico da Monash University. "É por isso que vemos um flash antes do outro."
Buraco negro como lente: um buraco negro de massa média pode distorcer o aprendizado de uma explosão de raio gama distante. A luz viajando ao longo de dois caminhos chegará à Terra em momentos diferentes, então terá a aparência de dois flashes.
Mas essa explicação não convenceu a todos. De acordo com Natalie Webb, astrofísico do Instituto de Pesquisas de Astrofísica e Planetologia da França, uma das dificuldades é que não sabemos quantos buracos negros de massa média existem no universo. Que sorte deveríamos ter em ter um buraco assim exatamente entre nosso planeta e o GRB? “De acordo com os cálculos de algumas pessoas, há um grande número desses buracos, 1000 por galáxia, caso em que algo assim pode acontecer”, diz Webb. "Se eles se encontrassem com menos frequência, então sim, seria menos provável."
Outro problema é que não sabemos o suficiente sobre os próprios GRBs - talvez os flares apareçam duas vezes naturalmente, em vez de como resultado de lentes. “Eles são todos tão diferentes e estranhos”, diz Holtz. "A questão principal aqui é: poderia ser apenas um GRB duplo?" A lente também pode ter sido causada por um aglomerado globular de estrelas (um grande aglomerado de estrelas antigas com uma forma esférica simétrica), mas a equipe acha que isso é improvável, já que aglomerados globulares são 100 vezes menos comuns do que buracos negros de massa intermediária. “As chances de o cluster estar no lugar certo são mínimas”, diz Train.
Esses surtos específicos foram descobertos há mais de duas décadas, então provavelmente nunca saberemos com certeza. Uma perspectiva mais interessante é que o método descrito - procurar buracos negros de massa média que atuem como lentes - nos ajudará a fazer ainda mais descobertas no futuro.
“Revelar populações de buracos negros de massa intermediária usando lentes é divertido”, diz Holtz. Vyrzhikovsky usou dados do telescópio GAIA para procurar buracos negros de massa média que dobram a luz das estrelas, não explosões de raios gama, mas ele não tem nada do que se gabar ainda.
Os buracos negros de massa média não só poderiam explicar o crescimento de buracos negros supermassivos, mas também fornecer evidências para outro mistério do cosmos - matéria escura . A matéria escura, que os cientistas acreditam compor 85% da massa do universo, pode ter sido o ingrediente mais importante para alimentar o crescimento de buracos negros de massa intermediária. “É muito difícil criar esse buraco negro a partir de matéria comum”, diz Vyrzhikovsky. "Requer muitas estrelas para se fundir, e não havia tempo suficiente no universo [primitivo] para isso."
Espera-se que os novos telescópios ajudem na busca por buracos negros de massa média indescritíveis. De acordo com Painter, o potencial dos dados do Observatório Compton de uma década atrás já foi esgotado, mas cerca de 7.000 rajadas de raios gama de outros telescópios podem ser analisadas. Além disso, o Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA continua a detectá-los hoje. “É hora de analisar outros conjuntos de dados em busca de novos casos de lentes”, disse Painter.
Muitos esperam que o mistério dos misteriosos buracos negros de massa intermediária, e com ele o crescimento de buracos negros supermassivos, seja resolvido em breve, não importa o método. “Todo mundo acredita que sim”, diz Train. - Eles definitivamente têm que existir em algum lugar do Universo. Você só precisa descobrir exatamente onde. "