Um buraco negro gigante adormecido descoberto em nossa vizinhança cósmica

Ao explorar a imensa quantidade de dados da missão Gaia da Agência Espacial Europeia (ESA), uma equipe de cientistas, incluindo astrônomos da Universidade de Genebra (UNIGE), descobriu um buraco negro gigante "adormecido".

Com uma massa de quase 33 vezes a do Sol, esse "monstro" estava escondido a menos de 2000 anos-luz da Terra, na constelação da Águia. É o primeiro buraco negro de origem estelar deste tamanho a ser detectado tão perto da Terra. Essa descoberta, publicada na revista Astronomy and Astrophysics, questiona nosso entendimento sobre a evolução das estrelas maciças.


A matéria dentro de um buraco negro é tão densa que nada pode escapar de sua imensa atração gravitacional, nem mesmo a luz (daí o nome de buraco negro). A grande maioria dos buracos negros de massa estelar que conhecemos consome matéria de um companheiro estelar próximo. A matéria capturada cai em alta velocidade no buraco negro, tornando-se extremamente quente e liberando raios X. Esses sistemas pertencem a uma família de objetos celestes chamados "binários de raios X".

Quando o companheiro do buraco negro não está suficientemente próximo para derramar matéria sobre o objeto compacto, nenhuma luz nem energia é emitida, e o buraco negro é, portanto, extremamente difícil de detectar. Um buraco negro "silencioso" desse tipo é chamado de "adormecido". Sua presença, no entanto, provoca um movimento no seu companheiro em órbita que poderia ser detectado por um instrumento astrométrico muito sensível, como o satélite espacial Gaia.

Uma descoberta graças à incrível precisão de Gaia

O objetivo da missão Gaia é medir a distância de mais de dois bilhões de estrelas observando seu movimento no céu com grande precisão. Ao preparar a publicação do próximo catálogo Gaia, Gaia Data Release 4 (DR4), os cientistas da colaboração Gaia realizam cálculos e testes minuciosos para verificar se algo se destaca. Equipes especializadas estão em ação para estudar os casos extraordinários e criar produtos de dados derivados.


Uma dessas equipes foi fundada em 2020 por Laurent Eyer, mestre de ensino e pesquisa no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE, e Tsevi Mazeh, pesquisador na Universidade de Tel Aviv, ambos coautores do estudo. Liderada por Berry Holl, assistente científico no Departamento de Astronomia da UNIGE e também coautor, ela tem a missão de validar minuciosamente os resultados obtidos para as estrelas não solitárias com movimentos extremos, verificar a integridade dos buracos negros potenciais e evitar a publicação de "falsas detecções" óbvias.

A atenção da equipe se voltou para uma antiga estrela gigante localizada a 1926 anos-luz da Terra, na constelação da Águia. Ao analisar em detalhe a oscilação da trajetória da estrela, a equipe teve uma grande surpresa: a estrela passava por um movimento orbital induzido por um buraco negro adormecido de uma massa excepcional, cerca de 33 vezes a do Sol. É o terceiro buraco negro adormecido descoberto com Gaia e foi apropriadamente batizado de Gaia BH3. "A qualidade dos últimos dados produzidos pelo consórcio melhorou tanto que esperamos publicar um grande número de buracos negros autênticos no catálogo DR4", entusiasma-se Berry Holl.

Um recorde para nossa Galáxia

A descoberta de Gaia BH3 é muito interessante devido à sua massa. Até agora, buracos negros dessa massa só tinham sido detectados em galáxias distantes, graças às observações de ondas gravitacionais realizadas pelo consórcio LIGO/Virgo. A massa típica dos buracos negros de origem estelar conhecidos em nossa galáxia é de cerca de 10 vezes a massa do nosso sol. O recorde até então era detido por um buraco negro em um binário de raios X na constelação do Cisne (Cyg X-1), com uma massa estimada em cerca de 20 vezes a do Sol.

Os astrônomos agora enfrentam o desafio de explicar a origem de buracos negros do tamanho de Gaia BH3. O conhecimento atual sobre a evolução das estrelas maciças não permite explicar como esses tipos de buracos negros apareceram. A maioria das teorias prevê que, ao envelhecer, as estrelas maciças perdem uma parte importante de sua matéria através de ventos poderosos; elas acabam explodindo na forma de uma supernova, deixando para trás uma estrela de nêutrons ou um buraco negro se o núcleo fosse suficientemente maciço no momento da explosão.

"Contudo, a formação de buracos negros com uma massa igual ou superior a 30 vezes a do Sol é um verdadeiro desafio para os modelos de evolução atuais. A descoberta de Gaia BH3 em nossa galáxia é, portanto, uma primeira oportunidade única de estudar o ambiente em que esses buracos negros estelares surpreendentemente maciços residem e de compreender sua origem", explica Nami Mowlavi, pesquisador no Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE, membro da equipe e coautor do artigo.

Um companheiro intrigante

Com uma órbita de cerca de 16 vezes a distância Terra-Sol, a estrela companheira de Gaia BH3 é bastante incomum: uma antiga estrela gigante do halo estelar galáctico, movendo-se na direção oposta às estrelas do disco galáctico. Sua trajetória indica que essa estrela provavelmente fazia parte de uma pequena galáxia absorvida pela Via Láctea há mais de 8 bilhões de anos. Ela poderia até mesmo vir de um antigo aglomerado globular agora disperso. A estrela contém muito poucos elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio, indicando que o progenitor de Gaia BH3 poderia ser uma estrela maciça também muito pobre em elementos pesados.

Essa descoberta é notável. Ela sustenta, pela primeira vez, a ideia de que os buracos negros de grande massa observados pelas detecções de ondas gravitacionais foram produzidos pelo colapso de estrelas massivas primitivas pobres em elementos pesados. Essas estrelas poderiam evoluir diferentemente das que observamos no disco galáctico e na vizinhança do Sol. Elas poderiam reter a maior parte de sua massa até o final de sua evolução e, uma vez esgotado o combustível nuclear em seus núcleos, colapsar para deixar buracos negros de grande massa no firmamento.

Uma apetitosa introdução

A descoberta de Gaia BH3 é apenas o começo, e ainda há muito a descobrir sobre sua natureza desconcertante. A colaboração Gaia encontrou esse tesouro ao validar os dados preliminares do Gaia. Essa descoberta é tão excepcional que a equipe decidiu anunciá-la sem esperar pela próxima publicação oficial dos dados, prevista para o final de 2025 no mais breve. "Estou extremamente feliz que possamos compartilhar essa descoberta surpreendente com o mundo inteiro", declara Laurent Eyer. Agora que a curiosidade dos cientistas foi aguçada, esse buraco negro e seu companheiro certamente serão alvo de muitos estudos aprofundados no futuro.