Astrônomos podem ter descoberto um calor ‘escuro’

Se a morte de grandes estrelas deixa buracos negros, como acreditam os astrônomos, deve haver centenas de milhões deles espalhados pela Via Láctea. O problema é que os buracos negros isolados não são visíveis.

Agora, uma equipe liderada pela Universidade da Califórnia, Berkeley, os astrônomos descobriram pela primeira vez o que poderia ser um buraco negro flutuante observando o brilho de uma estrela distante enquanto sua luz é distorcida pelo forte campo gravitacional de um objeto – portanto – chamado microgravidade.

A equipe é liderada pelo estudante de pós-graduação Casey Lam e Jessica LowUm professor associado de astronomia da Universidade da Califórnia, Berkeley, estima que a massa do objeto compacto invisível está entre 1,6 e 4,4 vezes a massa do Sol. Como os astrônomos acreditam que os restos de uma estrela morta devem ser mais pesados ​​que 2,2 massas solares para entrar em colapso em um buraco negro, os pesquisadores da UC Berkeley alertam que o objeto pode ser uma estrela de nêutrons em vez de um buraco negro. As estrelas de nêutrons também são objetos muito densos e compactos, mas sua gravidade é equilibrada pela pressão interna de nêutrons, o que evita um colapso ainda maior em um buraco negro.

Seja um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, o objeto é o primeiro remanescente estelar escuro – um “fantasma” estelar – descoberto vagando pela galáxia não associado a outra estrela.

“Este é o primeiro buraco negro flutuante ou estrela de nêutrons a ser detectado por lentes microgravitacionais”, disse Lu. “Ao usar as lentes mais finas, podemos examinar e pesar esses objetos isolados e comprimidos. Acho que abrimos uma nova janela para esses objetos escuros, que não podem ser vistos de outra forma.”

Determinar quantos desses objetos compactos habitam a Via Láctea ajudará os astrônomos a entender a evolução das estrelas – em particular, como elas morrem – e a evolução de nossa galáxia, possivelmente revelando se algum dos buracos negros invisíveis são buracos negros primordiais. considera Alguns cosmólogos acreditam que grandes quantidades foram produzidas durante o Big Bang.

A análise de Lam, Lu e sua equipe internacional foi aceita para publicação em Cartas de periódicos astrofísicos. A análise inclui quatro outros eventos de microlentes que a equipe concluiu que não foram causados ​​por um buraco negro, embora dois sejam provavelmente causados ​​por uma anã branca ou uma estrela de nêutrons. A equipe também concluiu que o número provável de buracos negros na galáxia é de 200 milhões – mais ou menos o que a maioria dos teóricos esperava.

Mesmos dados, conclusões diferentes

Notavelmente, uma equipe concorrente do Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore analisou o mesmo evento de microlente e afirmou que a massa do objeto compacto está mais próxima de 7,1 massas solares e um buraco negro indiscutível. Artigo descrevendo a análise da equipe STScI liderada por Kailash Sahufoi aceito para publicação em Jornal Astrofísico.

Ambas as equipes usaram os mesmos dados: medições fotométricas do brilho de uma estrela distante quando sua luz foi distorcida ou “refletida” pelo objeto altamente comprimido e medições astronômicas da mudança de posição da estrela distante no céu como resultado da gravidade. distorção pelo objeto da lente. Os dados ópticos vieram de dois levantamentos de microlentes: o Optical Gravitational Lens Experiment (OGLE), que usa um telescópio de 1,3 metros no Chile operado pela Universidade de Varsóvia, e o Microlens Observations in Astrophysics (MOA), que é montado em um telescópio de 1,8 metros. Telescópio de dois metros na Nova Zelândia operado pela Universidade de Varsóvia, Universidade de Osaka. Os dados astronômicos vieram do Telescópio Espacial Hubble da NASA. STScI gerencia o programa científico do telescópio e conduz suas operações científicas.

Como o reconhecimento de lente de precisão capturou o mesmo objeto, ele tem dois nomes: MOA-2011-BLG-191 e OGLE-2011-BLG-0462, ou OB110462, para abreviar.

Enquanto pesquisas como esta descobrem cerca de 2.000 estrelas brilhantes por microlentes a cada ano na Via Láctea, foi a adição de dados astronômicos que permitiu às duas equipes determinar a massa e a distância do objeto compacto da Terra. A equipe liderada pela Universidade da Califórnia, em Berkeley, estimou que está localizada entre 2.280 e 6.260 anos-luz de distância (700-1920 parsecs), em direção ao centro da Via Láctea e perto da grande protuberância que circunda o preto supermassivo central da galáxia. buraco.

O aglomerado STScI foi estimado em cerca de 5.153 anos-luz (1.580 parsecs) de distância.

Estou procurando uma agulha no palheiro

Lou e Lam se interessaram pelo corpo pela primeira vez em 2020, depois que a equipe do STScI concluiu inicialmente que Cinco eventos de microlente Os observados pelo Hubble – todos duraram mais de 100 dias e, portanto, podem ser buracos negros – provavelmente não são causados ​​por objetos compactos.

Lu, que procura buracos negros flutuantes desde 2008, pensou que os dados a ajudariam a estimar melhor sua abundância na galáxia, que foi estimada entre 10 milhões e 1 bilhão. Até agora, buracos negros do tamanho de estrelas só foram encontrados como parte de sistemas estelares binários. Os buracos negros são vistos em binários tanto em raios-X, que são produzidos quando o material de uma estrela cai em um buraco negro, ou por detectores de ondas gravitacionais modernos, que são sensíveis à fusão de dois ou mais buracos negros. Mas esses eventos são raros.

“Casey e eu observamos os dados e ficamos muito interessados. Dissemos: ‘Uau, não há buracos negros'”, disse Lu. Isso é incrível, “mesmo que devesse estar lá”. “E então começamos a olhar para os dados. Se realmente não houvesse buracos negros nos dados, isso não corresponderia ao nosso modelo de quantos buracos negros deveriam existir na Via Láctea. Algo tinha que mudar na compreensão de buracos negros – seja seu número, velocidade ou massa.”

Quando Lahm analisou a fotometria e a astrometria dos eventos de cinco minutos da lente, fiquei surpreso que um deles, OB110462, tivesse as características de um corpo compacto: o corpo da lente parecia escuro e, portanto, não era uma estrela; o brilho estelar durou muito tempo, quase 300 dias; A distorção da posição da estrela de fundo também foi de longo prazo.

Lamm disse que a duração do evento da lente foi a principal dica. Em 2020, mostrou que a melhor maneira de procurar microlentes de buracos negros é procurar eventos muito longos. Apenas 1% dos eventos de lente minúsculos que podem ser detectados são provavelmente de buracos negros, disse ela, então olhar para todos os eventos seria como procurar uma agulha no palheiro. Mas, de acordo com Lamm, cerca de 40% dos eventos de microlentes que duram mais de 120 dias provavelmente são buracos negros.

“A duração do evento brilhante é uma dica de quão massiva a lente de primeiro plano dobra a luz da estrela de fundo”, disse Lamm. “Eventos mais longos são provavelmente devidos a buracos negros. Isso não é uma garantia, porque a duração do anel brilhante depende não apenas da massa da lente de primeiro plano, mas também da rapidez com que a lente de primeiro plano e a estrela de fundo estão se movendo em relação à No entanto, também obtendo medições para a localização aparente da estrela de fundo, podemos confirmar se a lente do primeiro plano é realmente um buraco negro.

De acordo com Lu, o efeito gravitacional de OB110462 na luz da estrela de fundo foi surpreendentemente longo. Demorou cerca de um ano para a estrela atingir seu pico em 2011 e, em seguida, cerca de um ano para voltar ao normal.

Mais dados distinguirão um buraco negro de uma estrela de nêutrons

Para confirmar que OB110462 resultou de um objeto extremamente compacto, Low e Lam solicitaram mais dados astronômicos do Hubble, alguns dos quais chegaram em outubro passado. Esses novos dados mostraram que a mudança na posição da estrela devido ao campo gravitacional da lente ainda pode ser observada 10 anos após o evento. Mais observações do Hubble de microlentes estão programadas para o outono de 2022.

A análise dos novos dados confirmou que OB110462 era provavelmente um buraco negro ou estrela de nêutrons.

Low e Lam suspeitam que as conclusões diferentes das duas equipes se devem ao fato de que os dados astronômicos e fotométricos fornecem medidas diferentes dos movimentos relativos dos objetos dianteiros e traseiros. A análise astrológica também difere entre as duas equipes. A equipe da UC Berkeley argumenta que ainda não é possível distinguir se o objeto é um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, mas eles esperam resolver a discrepância com mais dados do Hubble e análises aprimoradas no futuro.

“Por mais que digamos definitivamente que é um buraco negro, devemos relatar todas as soluções permitidas”, disse Lu. “Isso inclui tanto buracos negros de massa menor quanto talvez até uma estrela de nêutrons.”

“Se você não consegue acreditar na curva da luz, no brilho, isso significa algo importante. Se você não consegue acreditar na situação versus o tempo, isso lhe diz algo importante”, disse Lamm. “Então, se um deles estiver errado, temos que entender o porquê. Ou outra possibilidade é que o que medimos nos dois conjuntos de dados esteja correto, mas nosso modelo esteja incorreto. Os dados fotométricos e astrométricos são originários do mesmo processo físico, o que significa que o brilho e a posição devem ser consistentes. Um com o outro. Então, há algo faltando lá.

Ambos os grupos também estimaram a velocidade do corpo da lente ultrafina. A equipe de Lu/Lam encontrou uma velocidade relativamente moderada, inferior a 30 quilômetros por segundo. A equipe do STScI encontrou uma velocidade incomumente alta, 45 km/s, que eles interpretaram como resultado de um chute extra que o chamado buraco negro recebeu da supernova que gerou.

Low interpreta a estimativa de baixa velocidade de sua equipe como possível suporte para uma nova teoria de que os buracos negros não são o resultado de supernovas – a suposição predominante hoje -, mas sim de supernovas fracassadas que não fazem um respingo brilhante no universo ou dão o resultado buraco negro um chute.

O trabalho de Lu e Lam é apoiado pela National Science Foundation (1909641) e pela National Aeronautics and Space Administration (NNG16PJ26C, NASA FINNESS 80NSSC21K2043).