Buracos negros de massa média elusivos podem se esconder nos centros compactos de aglomerados estelares

O universo está cheio de buracos negros de massa estelar e supermassivos, mas os buracos negros de massa intermediária permanecem indescritíveis para observação, o que não explica a evolução desses objetos. Para confirmar esta ou aquela teoria, simplesmente não há fatos observacionais. Em um novo estudo, uma equipe de astrônomos da Universidade de Washington conseguiu determinar os locais mais prováveis ​​para buracos negros de massa intermediária. Resta encontrá-los lá.

Galáxia NGC 1385, que pode ter condições adequadas para um buraco negro de massa intermediária. Fonte: NASA/ESA/STScI

A busca por buracos negros é complicada pelo fato de que esses objetos não são visíveis em telescópios. Um buraco negro pode ser detectado apenas por sinais indiretos, por exemplo, estudando as trajetórias de estrelas em sistemas binários e matrizes de estrelas nos centros de galáxias – estrelas e matrizes se moverão levando em consideração a presença de um centro de atração invisível. Este centro de gravidade invisível é provavelmente um buraco negro.

Tais centros foram encontrados para buracos negros com massas de uma a dez massas solares, bem como de um milhão a centenas de milhões de massas solares. Centros de gravidade invisíveis com massa de 100 a 100 mil massas solares não foram detectados em número suficiente para rastrear o crescimento de buracos negros de objetos de massa estelar para buracos negros supermassivos. De fato, a descoberta de um ou um pouco mais de buracos negros de massa média foi recentemente confirmada, mas isso não é certo.

De acordo com uma das teorias que explicam a ausência de buracos negros de massa média, os buracos negros não evoluem de pequenos para supermassivos durante todo o período de desenvolvimento do Universo. Pequenos buracos negros se formam densa e frequentemente durante a evolução estelar típica de estágio avançado, mas os buracos negros supermassivos só poderiam ter se originado no universo primitivo, quando as densidades e velocidades da matéria eram muito maiores, o que explica sua localização no centro dos núcleos galácticos. Para buracos negros de massas médias, simplesmente não havia lugar em nosso Universo.

No entanto, astrônomos da Universidade de Washington tentaram detectar buracos negros de massa intermediária nos núcleos de aglomerados estelares densos – nos chamados aglomerados estelares nucleares. Para resolver este problema, a equipe de pesquisa usou o Observatório de Raios-X Chandra, o telescópio de raios-X mais poderoso do mundo, para procurar assinaturas de raios-X de buracos negros em aglomerados de estrelas nucleares em 108 galáxias diferentes.

Aglomerados de estrelas nucleares estão no centro da maioria das pequenas galáxias ou galáxias de massa relativamente baixa e são os meios estelares mais densos conhecidos. Estudos anteriores identificaram a presença de buracos negros em aglomerados de estrelas nucleares, mas pouco se sabe sobre as propriedades específicas que tornam essas regiões favoráveis ​​à formação de buracos negros.

No decorrer do trabalho, descobriu-se que, para aglomerados estelares com densidade de massa estelar acima de um certo limite (em massa e densidade), a emissão de raios X indica a presença de um buraco negro duas vezes mais que no caso de aglomerados com massa e densidade abaixo desse limite. Em outras palavras, surgiu uma observação que comprova a possibilidade da existência de zonas de formação de buracos negros de massa intermediária em todo o período de existência do nosso Universo, e não apenas na fase de sua juventude.

«Uma das teorias predominantes é que buracos negros massivos só poderiam se formar no início do universo, quando tudo era mais denso, disse um dos autores do trabalho. “Nosso estudo está mais alinhado com a imagem de que buracos negros massivos não precisam se formar no universo inicial, mas podem continuar a se formar ao longo do tempo cósmico sob essas condições específicas”.