Um novo estudo em Cartas de Revisão Física explora as condições de formação de buracos negros a partir de estrelas moribundas, particularmente o papel dos impulsos natais induzidos por neutrinos no processo de formação.



Os buracos negros são alguns dos objetos mais misteriosos do universo, com forças gravitacionais tão fortes que nem mesmo a luz consegue escapar delas. A partir de agora, com as evidências que temos, os buracos negros são cadáveres estelares, o que significa que nascem quando as estrelas morrem.

No entanto, os mecanismos exatos de sua formação ainda são um mistério. O novo estudo aborda alguns destes mistérios, estudando processos como a ejeção de massa estelar e a emissão de neutrinos, que desempenham um papel crucial na formação de buracos negros.

Phys.org conversou com o primeiro autor, Dr. Alejandro Vigna-Gómez, pós-doutorado no Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha.

Quando questionado sobre a sua motivação para estudar a formação de buracos negros, ele disse:“Na última década, o meu trabalho girou em torno da intersecção da estrela binária e da física das supernovas”.

"O meu interesse cresceu na sequência dos recentes avanços na astronomia dos buracos negros. Nos últimos anos, percebi que os buracos negros pesados ​​poderiam oferecer informações significativas sobre os processos de colapso estelar que resultam na sua criação."

Chutes Natais e estrelas de nêutrons

Quando uma estrela maior que o nosso Sol chega ao fim da sua vida, ocorre uma explosão extremamente brilhante e violenta chamada explosão de supernova. Estas explosões são tão brilhantes que podem ofuscar brevemente a luminosidade de uma galáxia inteira e libertar um grande número de neutrinos, deixando para trás uma estrela de neutrões.

A massa estelar ejetada durante a explosão tem uma velocidade de milhares de quilômetros por segundo, mas nem sempre é distribuída igualmente. Esta assimetria leva a assimetrias em grande escala nos restos da explosão, que foi observada em estrelas de nêutrons.

Essa massa ejetada assimétrica causa um recuo na estrela de nêutrons chamado chute natal, que faz com que ela se mova em altas velocidades por toda a galáxia. Os chutes natalinos já foram vistos em estrelas de nêutrons, mas não em buracos negros.

Os buracos negros são formados quando, em vez de uma explosão, uma estrela moribunda entra em colapso. Chegamos então à questão colocada pelos pesquisadores:os chutes natais também poderiam desempenhar um papel na formação de buracos negros?

Binários de buraco negro

"Nos últimos anos, vários binários de buracos negros foram descobertos dentro da nossa galáxia e seus arredores. Eles são geralmente detectados através de emissão de raios X, mas apenas alguns foram detectados através de espectroscopia de linha única [um método diferente] como X- binários silenciosos para raios", disse o Dr. Vigna-Gómez.

Esses sistemas binários não emitem quantidades significativas de raios X, o que pode ser um indicativo dos estágios de evolução das estrelas do sistema binário.

Os pesquisadores escolheram a galáxia VFTS 243 para seu estudo, pois ela abriga um dos buracos negros mais massivos entre esses binários.

O sistema binário consiste em um buraco negro e uma estrela massiva. Os investigadores queriam estudar as condições sob as quais o buraco negro se formou, como a perda de massa estelar e os impulsos natais associados à sua formação.

Os pesquisadores basearam-se em observações recentes de estrelas em extinção, que são estrelas que morreram e se tornaram buracos negros sem explosão. Além disso, esses binários de buracos negros de massa estelar (este é o termo oficial) são inertes, o que significa que há pouca interação entre a estrela e o buraco negro após a formação do buraco negro.

Restrições no chute natal

Os pesquisadores usaram uma abordagem semianalítica para calcular a probabilidade de que um impulso natal durante a formação do buraco negro levaria à configuração observada do sistema.

Para analisar a formação do sistema, os pesquisadores usaram diversas restrições como período orbital, excentricidade e velocidade radial sistêmica do sistema. Além disso, realizaram estimativas para assimetrias de neutrinos de longo prazo durante a formação do buraco negro (assumindo que isso aconteceu devido a um colapso completo e não a uma explosão).

Vigna-Gómez resumiu as descobertas, dizendo:"Descobrimos que o buraco negro de VFTS 243 se formou sem uma explosão e teve um baixo impulso natal de neutrinos, se houver. Isso sugere que os neutrinos foram emitidos quase igualmente em todas as direções quando o massivo progenitor entrou em colapso em um buraco negro."

Para o VFTS 243, os pesquisadores restringiram a velocidade natal do chute a ser menor ou igual a cerca de 10 quilômetros por segundo. Eles descobriram que o cenário mais provável é que aproximadamente 0,3 massa solar foram ejetadas, presumivelmente em neutrinos, e o buraco negro experimentou um impulso natal de cerca de 4 quilômetros por segundo.

Trabalho futuro

Estas descobertas têm implicações para a formação de outros buracos negros, sugerindo que alguns podem ser formados através de colapso completo, sem explosão.

Além disso, a emissão de neutrinos a longo prazo é preferencialmente esfericamente simétrica (igual em todas as direções), o que explica a falta de um forte impulso natal no sistema binário.

Vigna-Gómez acrescentou:“Parece que a intuição teórica que construímos sobre os buracos negros que reduziram os impulsos natais em relação às estrelas de nêutrons estava certa”.

"Esta análise mostra que o VFTS 243 pode ser usado como um sistema de referência para a simulação de supernovas com colapso do núcleo, ou seja, simulações de estrelas que colapsam em buracos negros com cerca de dez massas solares devem se alinhar com as pequenas assimetrias de neutrinos e impulsos natais que inferimos para VFTS 243."

Construir estruturas para uma população de buracos negros seria o próximo passo para os investigadores na sua tentativa de compreender a evolução de estrelas massivas.