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mar 26

Cientistas descobrem a estrela com a órbita mais íntima de um buraco negro

https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/47tuc.jpg

Concepção artística de uma estrela descoberta na órbita mais próxima conhecida ao redor de um buraco negro no aglomerado globular 47 Tucanae. A descoberta foi realizada usando dados do observatório de altas energias da NASA Chandra (na inserção aparece a captura em raios-X de baixa, média e alta energia respectivamente, nas cores vermelho, verde e azul), bem como dados do observatório NuSTAR e também do ATCA (Australia Telescope Compact Array). Créditos: em raios-X – NASA/CXC/Universidade de Alberta/A. Bahramian et al.; ilustração: NASA/CXC/M. Weiss

Astrônomos encontraram evidências de uma estrela que completa duas voltas em menos de uma hora em torno de um provável buraco negro. Esta talvez seja a dança orbital mais íntima já testemunhada para um provável buraco negro e uma estrela companheira, até hoje.

Esta descoberta foi realizada através do Observatório Espacial de raios-X Chandra, juntamente com o NuSTAR e o ATCA (Australia Telescope Compact Array) da CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation).

O par de corpos que formam um sistema binário reside no aglomerado globular 47 Tucanae, um denso aglomerado estelar na nossa galáxia Via Láctea distante cerca de 14.800 anos-luz da Terra.

Embora os astrônomos já tenham investigado este sistema binário por muitos anos, foi somente em 2015 que as observações no faixa de frequências do rádio, através do sistema radiotelescópios do ATCA, revelaram que o par de objetos contém provavelmente um buraco negro que atrai matéria de uma anã branca companheira, uma estrela moribunda, remanescente de uma estrela tipo nosso Sol que esgotou a maior parte do seu combustível nuclear.

Os novos dados fornecidos pelo observatório de altas energias Chandra para este sistema, denominado X9, mostram que o mesmo muda seu brilho em raios-X da mesma maneira a cada 28 minutos, o sugere que provavelmente esse é o tempo que a estrela leva para completar uma órbita em torno do buraco negro companheiro. Os dados do Chandra também mostram evidências da presença de grandes quantidades de oxigênio no sistema, uma característica típica das anãs brancas. Portanto, pode ser fortemente sustentado que a companheira que orbita o buraco negro a ‘apenas’ 2,5 vezes a distância que separa a Terra da Lua é, de fato, uma anã branca.

Arash Bahramian, membro da Universidade de Alberta em Edmonton no Canadá e também da Universidade Estatal do Michigan em East Lansing, EUA, explicou:

Esta anã branca está tão perto do buraco negro que seu material está sendo puxado para longe da estrela e sendo despejado em um disco de acreção que gira em volta do buraco negro antes de cair para dentro. Felizmente, especificamente para esta estrela, nós não pensamos que ela seguirá este mesmo caminho e desaparecer [sendo absorvida pelo buraco negro], mas achamos que ela permanecerá em órbita.

Embora a anã branca não pareça estar “em perigo” de cair ou de ser dilacerada pelo buraco negro, o seu destino permanece incerto para os cientistas.

Craig Heinke, também membro da Universidade de Alberta, coautor do artigo, complementou:

Eventualmente, uma grande quantidade de matéria poderá ser puxada para longe da anã branca que acabará por ter apenas a massa de um planeta. Se continuar a perder massa, a anã branca poderá se evaporar completamente.

Como é que o buraco negro obteve uma companheira tão próxima?

Uma possibilidade é que o buraco negro colidiu anteriormente com uma gigante vermelha e consequentemente o gás das regiões mais exteriores da estrela foi ejetado do binário. O núcleo remanescente da gigante vermelha formaria a anã branca, que se tornaria na companheira do buraco negro. A órbita do binário teria encolhido à medida que eram emitidas ondas gravitacionais, até que o buraco negro começasse a puxar material da anã branca.

As ondas gravitacionais atualmente produzidas pelo binário têm uma frequência demasiadamente baixa para serem detectadas pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que recentemente detectou ondas gravitacionais provenientes da fusão de buracos negros. Fontes como X9 podem potencialmente ser detectadas no futuro através de observatórios de ondas gravitacionais situados no espaço.

Uma explicação alternativa para as observações é que a anã branca está associada com uma estrela de nêutrons e não com um buraco negro. Neste cenário, a estrela de nêutrons gira mais depressa à medida que remove material da companheira através de um disco de acreção, um processo que pode levar a que a estrela de nêutrons gire sob o seu próprio eixo milhares de vezes por segundo. Já foram observados alguns objetos deste gênero, chamados pulsares de milissegundo transicionais, perto do final desta fase de aceleração. Os autores não favorecem esta possibilidade porque os pulsares de milissegundo possuem propriedades não detectadas na fonte X9, tais como uma extrema variabilidade em raios-X e no rádio. Contudo, os cientistas não podem descartar esta explicação.

Vlad Tudor, membro da Universidade Curtin e do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research) em Perth, Austrália, coautor do artigo científico, declarou:

Vamos continuar a observar atenciosamente esse sistema binário no futuro, já que sabemos tão pouco sobre como um sistema tão extremo se deve comportar. Nós também vamos continuar a estudar os aglomerados globulares da nossa galáxia Via Láctea em busca de mais evidências de binários com objetos muito próximos de buracos negros.

Fontes

Chandra: X9 in 47 Tucanae: Star Discovered in Closest Known Orbit Around Likely Black Hole

Universidade de Columbia (Nova York): Researchers Discover Star in Closest Known Orbit around Black Hole

NASA: Star Discovered in Closest Known Orbit Around Likely Black Hole

._._.

1702.02167 – The ultracompact nature of the black hole candidate X-ray binary 47 Tuc X9

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