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jan 27

ESO descobre o buraco negro estelar mais distante na galáxia espiral NGC 300

Ilustração do buraco negro estelar NGC 300 X1, encontrado na galáxia NGC 300, orbita em um sistema binário junto com uma massiva estrela de Wolf Rayet que ejeta suas camadas externas, contribuindo para o aumento da massa do buraco negro por acresção. Crédito: ESO/L. Calçada

Ilustração do buraco negro estelar NGC 300 X1, encontrado na galáxia NGC 300, orbita em um sistema binário junto com uma massiva estrela de Wolf Rayet que ejeta suas camadas externas, contribuindo para o aumento da massa do buraco negro por acresção. Crédito: ESO/L. Calçada

Utilizando o Very Large Telescope (VLT) do ESO os astrônomos descobriram, na galáxia NGC 300, o buraco negro estelar mais distante já detectado até hoje. Com uma massa estimada em aproximadamente 15 vezes a massa do Sol, o NGC 300 X1 consiste no segundo buraco negro mais massivo conhecido até hoje. Este objeto está em um sistema binário e encontra-se em interação com outra estrela que no futuro também irá originar um buraco negro, depois de explodir como supernova.

Os buracos negros estelares [1] encontrados na Via Láctea possuem em geral até cerca de dez vezes a massa do Sol, o que é bastante significativo. No entanto, fora da nossa Galáxia, os astrônomos já descobriram mais de um buraco negro com massa superior a quinze vezes a massa solar. Assim, o NGC 300 X1 é um dos três objetos com mais de 10 vezes a massa solar encontrados até agora.

Este mosaico mostra a galáxia espiral NGC 300 em imagem fornecida pela pesquisa Digitized Sky Survey 2 (DSS2), mostrando a posição relativa do buraco negro estelar dentro da galáxia. À esquerda vemos um quadrante da galáxia obtido pelo instrumento FORS2 do VLT. Credito: ESO/ Digitized Sky Survey 2/P. Crowther

Este mosaico mostra a galáxia espiral NGC 300 em imagem fornecida pela pesquisa Digitized Sky Survey 2 (DSS2), mostrando a posição relativa do buraco negro estelar dentro da galáxia. À esquerda vemos um quadrante da galáxia obtido pelo instrumento FORS2 do VLT. Credito: ESO/ Digitized Sky Survey 2/P. Crowther

Buraco Negro estelar massivo

O novo buraco negro recém descoberto encontra-se na galáxia espiral NGC 300, situada a cerca de 6 milhões de anos-luz de distância de nós. “Este é o buraco negro estelar mais distante já observado do qual foi possível calcular sua massa. É também o primeiro que observamos fora da nossa vizinhança galáctica, o Grupo Local,” disse Paul Crowther, Professor de Astrofísica na Universidade de Sheffield e líder da pesquisa. O buraco negro tem uma companheira massiva, uma estrela de Wolf-Rayet, com uma massa de cerca de 20 vezes a massa do Sol. As estrelas de Wolf-Rayet encontram-se no final das suas vidas e expelem a maior parte das suas camadas exteriores para o meio interestelar antes de explodirem como supernovas, e possivelmente dão origem a buracos negros.

Em 2007, um instrumento de raios X a bordo do observatório Swift da NASA observou a vizinhança da maior fonte de raios X na NGC 300, a qual tinha sido descoberta anteriormente pelo observatório de raios X, XMM-Newton, da Agência Espacial Européia. “Captamos emissão de raios X periódica e extremamente intensa, um sinal de que provavelmente um buraco negro se encontra na região,” explica Stefania Carpano, membro da equipe da ESA.

Valsa mortal

Graças às novas observações obtidas pelo instrumento FORS2, montado no Very Large Telescope do ESO, os astrônomos confirmaram a hipótese anterior. Os novos dados mostram que o buraco negro e a estrela Wolf-Rayet orbitam entre si em uma valsa diabólica, com um período em torno de 32 horas. Os astrônomos descobriram que o buraco negro está absorvendo da estrela companheira, por acresção.

“A dupla faz realmente um “casal muito íntimo”, disse o colaborador Robin Barnard. No entanto, “como surgiu um sistema tão fortemente ligado ainda permanece um mistério”.

Apenas outro sistema deste tipo foi previamente observado. No entanto, sistemas abrigando um buraco negro com uma estrela companheira são bem conhecidos pelos astrônomos. Baseados nestes sistemas, os astrônomos deduziram uma ligação entre a massa do buraco negro e a química galáctica. “Observamos que a grande parte dos buracos negros tende a ser descoberta em galáxias pequenas que contêm menos elementos químicos “pesados”, disse Crowther [2]. Parece que as “galáxias maiores, mais ricas em elementos pesados, tais como a Via Láctea, apenas conseguem produzir buracos negros de menor massa”. Os astrônomos acreditam que uma maior concentração de elementos químicos pesados influencia a evolução das estrelas, aumentando a quantidade de matéria expelida, devolvida ao espaço, o que resulta em um buraco negro menor quando o resto da estrela finalmente colapsa.

O par de buracos negros irá fundir-se em um só?

Por outro lado, dentro de menos de um milhão de anos a estrela Wolf-Rayet explodirá como uma supernova dando origem a outro buraco negro. “Se o sistema sobreviver a esta segunda explosão possivelmente ocorrerá uma fusão dos dois buracos negros, em um processo que libertará enormes quantidades de energia sob a forma de ondas gravitacionais [3],” conclui Crowther. No entanto, demorará ainda alguns bilhões de anos até que a fusão esteja completa. “O nosso estudo mostra que tais sistemas poderão existir e que os que já evoluíram para um buraco negro binário poderão ser detectados por instrumentos de detecção das ondas gravitacionais, tais como o LIGO ou o Virgo [4].”

O trabalho foi apresentado em um artigo que será publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (NGC 300 X-1 is a Wolf–Rayet/Black Hole binary, P.A. Crowther et al.).

A equipe da pesquisa foi composta por Paul Crowther e Vik Dhillon (Universidade de Sheffield, UK), Robin Barnard e Simon Clark (The Open University, UK), e Stefania Carpano e Andy Pollock (ESAC, Madrid, Espanha).

Veja o vídeo da animação do buraco negro e sua companheira, clicando aqui.

Comentários

[1] Os buracos negros estelares são os restos finais, extremamente densos, que resultam do colapso de estrelas de grande massa (mais de 10 vezes a massa do Sol). Estes buracos negros têm massas que vão até cerca de vinte vezes a massa solar, em oposição aos buracos negros supermassivos, que encontramos no núcleo da maioria das galáxias e que apresentam massas compreendidas entre milhões e bilhões de vezes a massa do Sol. Até agora, apenas foram encontrados cerca de 20 buracos negros estelares.

[2] Em astronomia definem-se elementos químicos pesados ou “metais” como todos os elementos químicos mais pesados que o hélio. Assim, a metalicidade é o conceito astrofísico que se utiliza para descrever a abundância relativa de elementos mais pesados que o hélio em uma estrela. O índice de metalicidade se expressa utilizando como padrão a abundância de elementos metálicos do Sol. Esta medida é de caráter relativo. As linhas de absorção que se comparam são as do hidrogênio com as do ferro. A metalicidade absoluta do Sol é 1,6% de sua massa. O índice de metalicidade do Sol será [Fe / H] = 0. Os objetos mais pobres em metais que o Sol têm um índice de metalicidade negativo e os mais ricos têm um índice positivo. Como a escala é logarítmica, uma metalicidade de “-1” equivalerá a uma abundância dez vezes menor que a do Sol e um índice de valor “+1” a uma abundância dez vezes maior.

[3] Previstas pela teoria geral da relatividade de Einstein, as ondas gravitacionais são ondulações no tecido do espaço-tempo. Ondas gravitacionais significativas são produzidas quando existem variações extremas de campos gravitacionais intensos com o tempo, como por exemplo durante a fusão de dois buracos negros. A detecção de ondas gravitacionais, ainda não observadas diretamente, é um dos maiores desafios da ciência.

[4] As experiências LIGO e Virgo têm como objetivo a detecção de ondas gravitacionais utilizando interferômetros sensíveis, na Itália e nos Estados Unidos.

Fontes e referências

ESO:

Universe Today: Extra-Galactic Whopper Black Hole Breaks Distance Record

._._.

1 menção

  1. NGC300: a galáxia espiral padrão revelada pelo observatório de La Silla do ESO » O Universo - Eternos Aprendizes

    […] nesta galáxia o buraco negro estelar mais distante e de maior massa encontrado até hoje (eso1004: ESO descobre o buraco negro estelar mais distante na galáxia espiral NGC 300), num sistema binário tendo como companheira uma estrela Wolf-Rayet quente e brilhante. A NGC 300 […]

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