Pesquisas, Conteúdos Científicos e Tecnológicos.
Para ser um Cientista, tem que ser como uma Criança, naturalmente “curiosa”, e como um Sábio, que admite “não saber nada”.
A Ciência trilha num caminho em direção ao horizonte infinito - na busca pelo desconhecido.
Autores: Maximilian
Häberle, Nadine Neumayer, Anil Seth, Andrea Bellini, Mattia Libralato, Holger
Baumgardt, Matthew Whitaker, Antoine Dumont, Mayte Alfaro Cuello, Jay Anderson,
Callie Clontz, Nikolay Kacharov, Sebastian Kamann, Anja Feldmeier-Krause,
Antonino Milone, Maria Selina Nitschai, Renuka Pechetti, Glenn van de Ven
Instituição do primeiro autor: Instituto Max Planck de Astronomia,
Heidelberg, Alemanha.
O elo perdido entre buracos negros estelares e supermassivos
Os astrônomos têm evidências de que a maioria
das galáxias contém milhões de buracos negros (BHs) com massas na faixa de 5 a
100M⊙,
chamados BHs de massa estelar . Eles
também acreditam que quase todas as galáxias contêm um buraco negro supermassivocentral
(SMBH), com massa variando de106para109M⊙.
No entanto, acredita-se que exista outra classe mais elusiva de BHs, os buracos negros de massa
intermediária(IMBHs). Os IMBHs têm massas maiores que 100M⊙,
mas não são massivos o suficiente para serem considerados supermassivos. Embora
os astrônomos tenham detectado muitos BHs de massa estelar e supermassivos, a
ligação entre os dois permanece indefinida. Ao entender a população de IMBHs e
as galáxias que eles habitam, podemos entender melhor a formação e a evolução
de SMBHs e galáxias ao longo do tempo cósmico. Sabemos que SMBHs devem ter sido
IMBHs em algum momento, mas ainda há algum por aí hoje?
ωCentauri:
O Cadáver de uma Galáxia Anã
ωCentaurié
um grupo hiperdenso de estrelas, conhecido como aglomerado globular(GC).
É o GC mais massivo da Via Láctea, e a composição química e os movimentosde suas estrelas são diferentes da maioria dos
GCs nativos de nossa Galáxia, o que implica queωCentauri
já foi uma galáxia anã que foi devorada pela Via Láctea ! SeωCentauri
é de fato o remanescente de uma galáxia anã morta há muito tempo, ela poderia
abrigar um BH central que não atingiu o status supermassivo, correspondendo ao
tamanho menor de sua galáxia hospedeira. Na verdade, a existência de um IMBH
central emωCentauri
tem sido debatido por quase vinte anos, mas os autores de hoje esperam resolver
o mistério que envolveωIMBH
central de Centauri para sempre.
Uma Analogia Supermassiva
O SMBH mais próximo de nós é Sagitário A*(SgA*),
localizado no centro da nossa Via Láctea (veja a Figura 1). O SgA* foi
detectado monitorando cuidadosamente as órbitas de estrelas muito próximas do
centro da nossa Galáxia por longos períodos. Objetos massivos influenciarão as
órbitas de estrelas em sua vizinhança (pense em satélites ao redor da Terra ou
no movimento de planetas ao redor do Sol). BHs invisíveis de outra forma exibem
o mesmo comportamento, permitindo-nos inferir sua presença. Nossa proximidade
relativa ao centro da nossa Galáxia (~8 quiloparsec ) torna possível monitorar estrelas individuais,
algo impossível para BHs grandes e mais distantes. No entanto, os autores de
hoje usaram esse mesmo princípio para mostrar a provável presença de um IMBH no
(relativamente) próximoωCentauri.
Ao monitorar estrelas na região central deωCentauri,
eles mostram que a presença de um IMBH central é a única explicação para o
movimento anômalo das estrelas.
Figura 1: A primeira imagem de Sgr A*, o SMBH no
centro da Via Láctea. Crédito da imagem: EHT
Collaboration
O problema da estrela veloz
Usando 20 anos de segmentação de dados do
HubbleωCentauri,
os autores notaram sete estrelas anormalmente rápidas na região central do
aglomerado. A Figura 2 mostra as sete estrelas em rosa, junto com suas estrelas
anormalmenteωCentauri
é desconhecido, então os autores também mostram três possíveis localizações do
centro como cruzes. EmωNa
região central de Centauri, a velocidade de escapeé
de cerca de 62 km/s quando se considera apenas as estrelas visíveis nos dados.
Com algumas das velocidades medidas em mais de 90 km/s, essas estrelas deveriam
ter fugido de seu hospedeiro há muito tempo, mas em vez disso parecem estar
contentes nas regiões centrais deωCentauri.
Isso sugere a presença de um membro invisível, mas influente, do aglomerado que
retém essas estrelas.
Figura 2: Esquerda :
As observações usadas pelos autores de hoje, com todas as estrelas marcadas em
cinza, estrelas rápidas como contornos rosa e as estrelas excepcionalmente
rápidas com velocidades bem acima da velocidade de escape denotadas como
estrelas rosa preenchidas. Direita : Um
close-up da região central de ωCentauri,
com as sete estrelas velozes centrais destacadas em rosa, e três centros
possíveis diferentes mostrados como cruzes. Ciano é o centro determinado
observacionalmente, com o erro nesta medição mostrado como o círculo
pontilhado. Laranja é o centro se o IMBH for a massa mínima possível, e azul
indica o centro que melhor se alinha com os modelos de computador deωCentauri.
( Crédito da imagem: Figura 1 do jornal de hoje )
É realmente um IMBH?
Usando modelos de distribuição de estrelas emωCentauri,
os autores comparam as previsões da velocidade de escape central emωCentauri
com e sem um IMBH central. A Figura 3 mostra isso, com nossas estrelas rápidas
plotadas em rosa. Como essas estrelas têm velocidades bem acima da velocidade
de escape sem um IMBH central (a linha plana), fica claro que elas deveriam ter
abandonadoωCentauri
se nenhuma IMBH estivesse presente. Este argumento fornece a massa mínima de
IMBH necessária para explicar a presença dessas estrelas emωNúcleo
de Centauri, cerca de 8.200M⊙.
Sem mais observações, a massa do IMBH não pode ser determinada com certeza, mas
os autores planejam realizar pesquisas de acompanhamento para obter uma
estimativa mais precisa.
Figura 3: Velocidade de escape em função do raio emωCentauri
para nenhum IMBH (linha preta sólida), um IMBH de massa 8.200M⊙(linha
tracejada) e uma massa IMBH de 40.000M⊙(linha
preta pontilhada). As regiões azuis indicam os valores derivados de
observações. Usando modelos, os autores mostram que as sete estrelas estranhas
se alinham melhor com a presença de um IMBH com uma massa mínima de 8.200M⊙,
indicando que sem um IMBH central, as estrelas escapariam ωCentauri.
( Crédito da imagem: Figura 5 do jornal de hoje )
Outros cenários, como um BH de massa estelar menor ou interações
entre duas ou mais estrelas, também falham em explicar a existência de estrelas
incomuns. Se elas estivessem orbitando um BH de massa estelar menor, seu
período orbital seria menor que 10 anos, o que implica que órbitas completas
seriam vistas nos dados. Da mesma forma, a aceleração devido a interações
estrela-estrela produziria substancialmente mais estrelas anormalmente rápidas
e esgotariaωCentauri
de seu reservatório estelar muito rapidamente. Esta evidência leva os autores a
afirmar que a única solução para o problema da estrela rápida é um IMBH central
emωCentauro.
A provável presença de um IMBH em um
remanescente de galáxia anã como ωCentauri
fornece uma peça crucial do quebra-cabeça da evolução da galáxia-BH, embora
estudos adicionais sejam necessários para confirmar sua posição e massa exatas.
Detectar mais IMBHs permitirá que os astrônomos entendam melhor a evolução de
seus primos supermassivos e nos informará sobre o impacto que os BHs centrais
têm em suas galáxias hospedeiras. Essa detecção sugere a possível presença de
uma população de BHs não detectada anteriormente espalhada pelo Universo, uma
das quais é nosso vizinho cósmico de massa intermediária!
Drew é um aluno de doutorado do primeiro ano na University of
Massachusetts Amherst. Eles estão amplamente interessados na evolução das
galáxias, com foco no impacto do feedback cósmico no ecossistema galáctico. Em
seu tempo livre, eles gostam de ler, escalar, fazer trilhas e assar!
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia).
Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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