Cerca de 15, 000 anos-luz de distância, em um braço espiral distante da Via Láctea, existe um buraco negro cerca de 70 vezes mais pesado que o sol.

Isso é muito surpreendente para astrônomos como eu. O buraco negro parece grande demais para ser o produto do colapso de uma única estrela, que levanta questões para nossas teorias de como os buracos negros se formam.

Nosso time, liderado pelo Professor Jifeng Liu nos Observatórios Astronômicos Nacionais, Academia Chinesa de Ciências, apelidou o objeto misterioso LB-1.

O que é normal para um buraco negro?

Os astrônomos estimam que somente nossa galáxia contém cerca de 100 milhões de buracos negros, criado quando estrelas massivas entraram em colapso nos últimos 13 bilhões de anos.

A maioria deles está inativa e invisível. Um número relativamente pequeno está sugando gás de uma estrela companheira em órbita ao redor deles. Este gás libera energia na forma de radiação que podemos ver com telescópios (principalmente raios-X), frequentemente acompanhada por ventos e jatos.

Até alguns anos atrás, a única maneira de detectar um buraco negro em potencial era procurar esses raios-X, vindo de uma fonte semelhante a um ponto brilhante.

Cerca de duas dúzias de buracos negros em nossa galáxia foram identificados e medidos com este método. Eles são de tamanhos diferentes, mas tudo entre cinco e 20 vezes mais pesado que o sol.

Em geral, presumimos que essa era a massa típica de toda a população de buracos negros da Via Láctea. Contudo, isso pode estar incorreto; buracos negros ativos podem não ser representativos de toda a população.

Novas ferramentas dão vida a uma ideia antiga

Para nossa pesquisa de buracos negros, usamos uma técnica diferente.

Nós pesquisamos o céu com o Telescópio Espectroscópico de Fibra Multi-Objeto de Grande Área do Céu (LAMOST) no nordeste da China, procurando estrelas brilhantes que se movem em torno de um objeto invisível. Isso nos permitiu detectar o efeito gravitacional do buraco negro, independentemente se algum gás se move da estrela para sua companheira escura.

Esta técnica foi proposta pelo astrônomo britânico John Michell em 1783, quando ele sugeriu pela primeira vez a existência de escuridão, estrelas compactas orbitando em um sistema binário com uma estrela normal.

Contudo, tornou-se praticamente viável apenas com o recente desenvolvimento de grandes telescópios que permitem aos astrônomos monitorar o movimento de milhares de estrelas ao mesmo tempo.

Como localizamos LB-1

LB-1 é o primeiro grande resultado de nossa pesquisa com LAMOST. Vimos uma estrela oito vezes maior que o Sol, orbitando um companheiro escuro cerca de 70 vezes mais pesado que o sol. Cada órbita demorou 79 dias, e o par está cerca de uma vez e meia mais longe um do outro que a Terra e o sol.

Medimos o movimento da estrela por pequenas mudanças na frequência da luz que detectamos vindo dela, causado por um deslocamento Doppler conforme a estrela se movia em direção à Terra e se afastava dela em momentos diferentes em sua órbita.

Também fizemos o mesmo para um brilho fraco vindo do gás hidrogênio ao redor do próprio buraco negro.

De onde veio?

Como o LB-1 foi formado? É improvável que tenha surgido do colapso de uma única estrela massiva:pensamos que qualquer grande estrela perderia mais massa por meio dos ventos estelares antes de entrar em colapso em um buraco negro.

Uma possibilidade é que dois buracos negros menores tenham se formado independentemente de duas estrelas e depois se fundido (ou podem ainda estar orbitando um ao outro).

Outro cenário mais plausível é que um buraco negro estelar "comum" foi engolfado por uma estrela companheira massiva. O buraco negro então engoliria a maior parte da estrela hospedeira como uma larva de vespa dentro de uma lagarta.

A descoberta do LB-1 se encaixa perfeitamente com os resultados recentes dos detectores de ondas gravitacionais LIGO-Virgo, que captam as ondulações no espaço-tempo causadas quando buracos negros estelares em galáxias distantes colidem.

Os buracos negros envolvidos em tais colisões também são significativamente mais pesados ​​(até cerca de 50 massas solares) do que a amostra de buracos negros ativos na Via Láctea. Nosso avistamento direto do LB-1 prova que esses buracos negros estelares com excesso de peso também existem em nossa galáxia.

A família do buraco negro

Os astrônomos ainda estão tentando quantificar a distribuição dos buracos negros em toda a sua gama de tamanhos.

Buracos negros pesando entre 1, 000 e 100, 000 Sóis (os chamados buracos negros de massa intermediária) podem residir no coração de pequenas galáxias ou em grandes aglomerados de estrelas. O detector de ondas gravitacionais com base no espaço Laser Interferometer Space Antenna (LISA) (com lançamento previsto para 2034) tentará detectar as colisões.

Buracos negros pesando um milhão a alguns bilhões de massas solares já são bem conhecidos, nos núcleos de galáxias e quasares maiores, mas sua origem é ativamente debatida. Ainda estamos muito longe de um entendimento completo de como os buracos negros se formam, crescer, e afetam seus ambientes, mas estamos progredindo rapidamente.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.