Descoberta estrela que completa, por hora, duas voltas em torno de um provável buraco negro

 Ilustração de artista de uma estrela descoberta na órbita mais íntima, conhecida, em redor de um buraco negro no enxame globular 47 Tucanae. Crédito: raios-X - NASA/CXC/Universidade de Alberta/A. Bahramian et al.; ilustração: NASA/CXC/M. Weiss

Astrónomos encontraram evidências de uma estrela que completa duas voltas em torno de um buraco negro aproximadamente a cada hora. Esta poderá ser a dança orbital mais íntima já testemunhada para um provável buraco negro e uma estrela companheira. Esta descoberta foi feita usando o Observatório de raios-X Chandra, bem como o NuSTAR e o ATCA (Australia Telescope Compact Array) da CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation).

O par estelar - conhecido como binário - está localizado no enxame globular 47 Tucanae, um denso aglomerado de estrelas da nossa Galáxia a cerca de 14.800 anos-luz da Terra. Embora os astrónomos já observem este binário há muitos anos, foi só em 2015 que observações no rádio, com o ATCA, revelaram que o par contém provavelmente um buraco negro que puxa material de uma anã branca companheira, uma estrela de baixa massa que esgotou a maioria, se não todo, o seu combustível nuclear. Os novos dados do Chandra para este sistema, conhecido como X9, mostram que muda de brilho em raios-X da mesma maneira a cada 28 minutos, o que provavelmente é o tempo que a estrela leva para completar uma órbita em torno do buraco negro. 

Os dados do Chandra também mostram evidências de grandes quantidades de oxigénio no sistema, uma característica das anãs brancas. Portanto, pode ser fortemente argumentado que a companheira estelar é uma anã branca, que orbita o buraco negro a apenas 2,5 vezes a distância que separa a Terra da Lua. Esta anã branca está tão perto do buraco negro que o material está a ser puxado para longe da estrela e a ser despejado num disco de matéria em redor do buraco negro antes de cair para dentro," comenta o autor principal Arash Bahramian da Universidade de Alberta em Edmonton, Canadá, e da Universidade Estatal do Michigan em East Lansing, EUA. "Felizmente para esta estrela, nós não pensamos que seguirá este caminho até desaparecer para dentro do buraco negro, mas que permanecerá em órbita."

Embora a anã branca não pareça estar em perigo de cair ou de ser dilacerada pelo buraco negro, o seu destino é incerto. Eventualmente, tanta matéria poderá ser puxada para longe da anã branca que acabará por ter apenas a massa de um planeta," afirma o coautor Craig Heinke, também da Universidade de Alberta. "Se continuar a perder massa, a anã branca pode evaporar completamente. Como é que o buraco negro obteve uma companheira tão íntima? Uma possibilidade é que o buraco negro colidiu com uma gigante vermelha e, seguidamente, o gás das regiões mais exteriores da estrela foi expelido 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 demasiado baixa para serem detetadas pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que recentemente detetou ondas gravitacionais provenientes da fusão de buracos negros. Fontes como X9 podem, potencialmente, ser detetadas com observatórios de ondas gravitacionais situados no espaço.

Uma explicação alternativa para as observações é que a anã branca está associada com uma estrela de neutrões, em vez de um buraco negro. Neste cenário, a estrela de neutrões gira mais depressa à medida que puxa material da companheira através de um disco, um processo que pode levar a que a estrela de neutrões gire sob o seu próprio eixo milhares de vezes por segundo. Já foram observados alguns objetos deste género, 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 vistas em X9, tais como uma extrema variabilidade em raios-X e no rádio. No entanto, não podem refutar esta explicação.

"Vamos continuar a observar cuidadosamente este binário no futuro, já que sabemos tão pouco sobre como um sistema tão extremo se deve comportar," afirma o coautor Vlad Tudor da Universidade Curtin e do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research) em Perth, Austrália. "Nós também vamos continuar a estudar os enxames globulares da nossa Galáxia em busca de mais evidências de binários muito íntimos com buracos negros. O artigo que descreve estes resultados foi recentemente aceite para publicação na revista Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível online.

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE