Astrofísicos americanos e australianos descobriram um candidato a buracos negros de massa média. Eles receberam esse nome porque são mais pesados que os comuns - ou seja, aqueles formados em decorrência do colapso gravitacional de estrelas - objetos, mas mais leves que buracos negros supermassivos, geralmente localizados nos núcleos ativos de grandes galáxias. A origem dos objetos incomuns ainda não está clara. "Lenta.ru" fala sobre buracos negros de massas intermediárias e a descoberta de cientistas.
A maioria dos buracos negros conhecidos pelos cientistas - ou seja, objetos que não importam (ignorando os efeitos quânticos) - são buracos negros de massa estelar ou buracos negros supermassivos. A origem desses objetos gravitacionais é quase clara para os astrônomos. O primeiro, como seu nome indica, representa o estágio final na evolução de luminárias pesadas, quando as reações termonucleares cessam em suas profundidades. Eles são tão pesados que não se transformam em anãs brancas ou estrelas de nêutrons.
Estrelas pequenas como o Sol se transformam em anãs brancas. Sua força de compressão gravitacional é equilibrada pela repulsão eletromagnética do plasma elétron-nuclear. Em estrelas mais pesadas, a gravidade é restringida pela pressão da matéria nuclear, resultando em estrelas de nêutrons. O núcleo de tais objetos é formado por um líquido de nêutrons, que é coberto por uma fina camada de plasma de elétrons e núcleos pesados. Finalmente, as luminárias mais pesadas se transformam em buracos negros, o que é perfeitamente descrito pela relatividade geral e pela física estatística.
Aglomerado globular de estrelas 47 Tucano
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
O valor limite da massa da anã branca, que a impede de se transformar em estrela de nêutrons, foi estimado em 1932 pelo astrofísico indiano Subramanian Chandrasekhar. Este parâmetro é calculado a partir da condição de equilíbrio do gás de elétron degenerado e das forças gravitacionais. O valor atual do limite de Chandrasekhar é estimado em cerca de 1,4 massas solares. O limite superior da massa de uma estrela de nêutrons, no qual ela não se transforma em um buraco negro, é chamado de limite Oppenheimer-Volkov. É determinado a partir da condição de equilíbrio da pressão do gás nêutron degenerado e das forças da gravidade. Em 1939, os cientistas receberam seu valor em 0,7 massas solares; as estimativas modernas variam de 1,5 a 3,0.
As estrelas mais massivas são 200-300 vezes mais pesadas que o Sol. Via de regra, a massa de um buraco negro originado de uma estrela não excede essa ordem de magnitude. Na outra extremidade da escala estão os buracos negros supermassivos - eles são centenas de milhares ou mesmo dezenas de bilhões de vezes mais pesados que o Sol. Normalmente, esses monstros estão localizados nos centros ativos de grandes galáxias e têm uma influência decisiva sobre eles. Apesar do fato de que a origem dos buracos negros supermassivos também levanta muitas questões, até agora, um número suficiente de tais objetos (mais estritamente - candidatos a eles) foi descoberto para não duvidar de sua existência.
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Por exemplo, no centro da Via Láctea, a uma distância de 7,86 kiloparsecs da Terra, está o objeto mais pesado da Galáxia - o buraco negro supermassivo de Sagitário A *, que é mais de quatro milhões de vezes mais pesado que o Sol. No grande sistema estelar próximo, a Nebulosa de Andrômeda, é um objeto ainda mais pesado: um buraco negro supermassivo, que é provavelmente 140 milhões de vezes mais pesado que o Sol. Os astrônomos estimam que em cerca de quatro bilhões de anos, um buraco negro supermassivo da nebulosa de Andrômeda engolirá um da Via Láctea.
Buraco negro de massa média (o artista imaginado)
Imagem: CfA / M. Weiss
Este mecanismo aponta para a forma mais provável de se formarem buracos negros gigantes - eles simplesmente absorvem toda a matéria ao seu redor. No entanto, a questão permanece: existem na natureza buracos negros de massas intermediárias - entre estelar e superpesado? As observações dos últimos anos, incluindo as publicadas na edição recente da revista Nature, confirmam isso. Na publicação, os autores relataram a descoberta de um provável candidato a buracos negros de massa média no centro do aglomerado estelar globular 47 Tucano (NGC 104). As estimativas mostram que é cerca de 2,2 mil vezes mais pesado que o sol.
O cluster 47 Toucan está localizado a 13 mil anos-luz da Terra, na constelação de Tucano. Este conjunto de luminárias limitadas gravitacionalmente se distingue por sua grande idade (12 bilhões de anos) e brilho extremamente alto entre esses objetos (perdendo apenas para o ômega Centauri). NGC 104 contém milhares de estrelas, confinadas a uma esfera condicional de 120 anos-luz de diâmetro (três ordens de magnitude menor que o diâmetro do disco da Via Láctea). Também em 47 tucano, existem cerca de vinte pulsares - eles se tornaram o principal objeto de pesquisa dos cientistas.
As pesquisas anteriores no centro de NGC 104 por um buraco negro não tiveram sucesso. Tais objetos se revelam de forma indireta, pelos raios X característicos que emanam do disco de acreção ao seu redor, formado pelo gás aquecido. Enquanto isso, o centro de NGC 104 quase não contém gás. Por outro lado, um buraco negro pode ser detectado por seu efeito nas estrelas girando em sua vizinhança - algo assim é possível estudar Sagitário A *. No entanto, mesmo aqui, os cientistas enfrentaram um problema - o centro de NGC 104 contém muitas estrelas para ser capaz de compreender seus movimentos individuais.
Radiotelescópio Parks
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Os cientistas tentaram contornar as duas dificuldades, ao mesmo tempo em que não abandonaram os métodos usuais de detecção de buracos negros. Primeiro, os astrônomos analisaram a dinâmica das estrelas de todo o aglomerado globular como um todo, e não apenas das estrelas que estão perto de seu centro. Para fazer isso, os autores coletaram dados sobre a dinâmica das luminárias de 47 tucano, coletados durante observações pelo observatório de rádio australiano Parkes. Os cientistas usaram as informações obtidas para modelagem computacional no contexto do problema gravitacional de N corpos. Ele mostrou que há algo no centro de NGC 104 que se assemelha a um buraco negro de massa média em características. No entanto, isso não foi suficiente.
Os pesquisadores decidiram testar suas descobertas em pulsares - restos compactos de estrelas mortas, os sinais de rádio que os astrônomos aprenderam a rastrear muito bem. Se o NGC 104 contém um buraco negro de massa média, então os pulsares não podem ser localizados muito perto do centro do 47 Tucano - e vice-versa. Como os autores esperavam, o primeiro cenário foi confirmado: a localização dos pulsares no NGC 104 está de acordo com o fato de haver um buraco negro de massa média no centro do aglomerado.
Os autores acreditam que objetos gravitacionais desse tipo podem estar localizados no centro de outros aglomerados globulares - provavelmente, onde já estão ou ainda não são procurados. Isso exigirá uma consideração cuidadosa de cada um desses clusters. Qual é o papel dos buracos negros de massa intermediária e como eles surgiram? Ainda não se sabe ao certo. Apesar das muitas opções para sua evolução posterior, o co-autor do estudo Bulent Kiziltan acredita que "elas podem ser as sementes originais que cresceram nos monstros que vemos hoje nos centros das galáxias."
Yuri Sukhov
