Astrônomos descobriram o buraco negro mais próximo da Terra – no quintal cósmico

O Telescópio Gemini North no Havaí revela o primeiro aglomerado estelar adormecido[{” attribute=””>black hole in our cosmic backyard.

Using the International Gemini Observatory, astronomers have discovered the closest-known black hole to Earth. This is the first unambiguous detection of a dormant stellar-mass black hole in the Milky Way. Located a mere 1600 light-years away, its close proximity to Earth offers an intriguing target of study to advance our understanding of the evolution of binary systems.

Black holes are the most extreme objects in the Universe. It is believed that supermassive versions of these unimaginably dense objects reside at the centers of all large galaxies. Stellar-mass black holes — which weigh approximately five to 100 times the mass of the Sun — are much more common. In fact, there are an estimated 100 million stellar-mass black holes in the Milky Way alone. However, only a handful have been confirmed to date, and nearly all of these are ‘active’. This means that they shine brightly in X-rays as they consume material from a nearby stellar companion, unlike dormant black holes which do not.

Astronomers have now discovered the closest black hole to Earth, which the researchers have dubbed Gaia BH1. To find it, they used the Gemini North telescope in Hawai‘i, one of the twin telescopes of the International Gemini Observatory, operated by NSF’s NOIRLab.

Gaia BH1 is a dormant black hole that is about 10 times more massive than the Sun and is located about 1600 light-years away in the constellation Ophiuchus. This means it is three times closer to Earth than the previous record holder, an X-ray binary in the constellation of Monoceros. The new discovery was made possible by making exquisite observations of the motion of the black hole’s companion, a Sun-like star that orbits the black hole at about the same distance as the Earth orbits the Sun.

Esta animação mostra uma estrela parecida com o Sol orbitando Gaia BH1, o buraco negro mais próximo da Terra, localizado a cerca de 1.600 anos-luz de distância. As observações do Gemini North, um dos telescópios gêmeos do Observatório Internacional Gemini, operado pelo NOIRLab da NSF, foram cruciais para restringir o movimento orbital e, portanto, as massas dos dois componentes do sistema binário, permitindo à equipe identificar o objeto central como um buraco negro com cerca de 10 vezes a massa do nosso Sol. Crédito: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (KC Chambers et al. 2016), ESA/Gaia/DPAC

“Pegue o sistema solar, coloque um buraco negro onde está o sol, e o sol está onde está a Terra, e você terá esse sistema”, explica Karim El-Badri, astrofísico do Centro Astrofísico. Harvard, Smithsonian e Max Planck Institute for Astronomy, e principal autor do artigo que descreve esta descoberta, publicado em 2 de novembro em Avisos mensais da Royal Astronomical Society.

Embora tenha havido muitas descobertas alegadas de tais sistemas, quase todas essas descobertas foram posteriormente refutadas. Esta é a primeira descoberta inequívoca de uma estrela parecida com o Sol em uma ampla órbita em torno de um buraco negro de massa estelar em nossa galáxia.”

Embora existam milhões de buracos negros de massa estelar vagando pela Via Láctea, muito poucos foram descobertos através de suas interações ativas com uma estrela companheira. À medida que o material de uma estrela próxima gira na direção do buraco negro, torna-se extremamente quente e gera poderosos raios-X e jatos de material. Se um buraco negro não está se alimentando ativamente (ou seja, está adormecido), ele simplesmente se funde com o ambiente.

“Eu tenho procurado buracos negros adormecidos nos últimos quatro anos usando uma ampla gama de conjuntos de dados e métodos”, disse Al-Badri. “Minhas tentativas anteriores – assim como as de outros – deram origem a uma série de sistemas binários disfarçados de buracos negros, mas esta é a primeira vez que a pesquisa se concretiza.”

A equipe originalmente identificou o sistema como potencialmente hospedando um buraco negro analisando dados de Agência Espacial Europeia nave espacial Gaia. Gaia capturou as pequenas irregularidades no movimento da estrela causadas pela gravidade de um objeto massivo e invisível. Para explorar o sistema com mais detalhes, Al-Badri e sua equipe recorreram ao instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph em Gemini North, que mediu a velocidade da estrela companheira enquanto orbitava o buraco negro e forneceu uma medição precisa do período de sua órbita. . As observações de acompanhamento de Gemini foram cruciais para restringir o movimento orbital e, portanto, as massas dos dois componentes do sistema binário, permitindo que a equipe identificasse o objeto central como um buraco negro com cerca de 10 vezes a massa do nosso sol.

Al-Badri explicou que “nossas observações do acompanhamento de Gêmeos confirmaram, sem sombra de dúvida, que o binário contém uma estrela comum e pelo menos um buraco negro adormecido”. “Não conseguimos encontrar um cenário astrofísico plausível que pudesse explicar a órbita observada de um sistema que não inclui pelo menos um buraco negro.”

A equipe confiou não apenas nas impressionantes capacidades de monitoramento da Gemini North, mas também na capacidade da Gemini de fornecer dados em um prazo apertado, já que a equipe tinha pouco tempo para fazer suas observações de acompanhamento.

“Quando tivemos as primeiras indicações de que o sistema continha um buraco negro, tínhamos apenas uma semana antes que os dois objetos estivessem em sua separação orbital mais próxima. As medições neste ponto são necessárias para fazer estimativas precisas de massa em um sistema binário”, Al -Badri disse. “A capacidade da Gemini de fornecer feedback em uma escala de tempo curta foi fundamental para o sucesso do projeto. Se perdêssemos essa janela estreita, teríamos que esperar mais um ano.”

É difícil pressionar os modelos atuais dos astrônomos sobre a evolução dos sistemas binários para explicar como surgiu a formação peculiar de Gaia BH1. Especificamente, a estrela progenitora que mais tarde se transformou no buraco negro recém-descoberto tinha pelo menos vinte vezes a massa do nosso sol. Isso significa que ela teria vivido apenas alguns milhões de anos. Se ambas as estrelas se formassem ao mesmo tempo, essa estrela massiva se transformaria rapidamente em uma supergigante, inflando e engolindo a outra estrela antes que tivesse tempo de se tornar uma estrela da sequência principal adequada, queimando hidrogênio, como o nosso Sol.

Não está claro como uma estrela de massa solar poderia sobreviver a esse anel e acabar como uma estrela aparentemente normal, como sugerem as observações de um buraco negro binário. Todos os modelos teóricos que permitem a sobrevivência prevêem que a estrela de massa solar deveria ter terminado em uma órbita mais estreita do que é realmente observado.

Isso pode indicar lacunas importantes em nossa compreensão de como os buracos negros se formam e evoluem em sistemas binários, bem como sugerir a existência de um grupo ainda inexplorado de buracos negros adormecidos em binários.

“Curiosamente, este sistema não pode ser facilmente adaptado por modelos padrão de evolução binária”, concluiu Al-Badri. “Isso levanta muitas questões sobre como esse sistema binário se formou, bem como quantos buracos negros à espreita existem”.

“Como parte de uma rede de observatórios espaciais e terrestres, o Gemini North não apenas forneceu fortes evidências do buraco negro mais próximo até hoje, mas também forneceu o primeiro sistema original de buracos negros, organizado no gás quente usual interagindo com um buraco negro. buraco”, disse Martin Steele, oficial do Programa Gemini para a Fundação NSF. “Embora isso potencialmente preveja futuras descobertas do esperado aglomerado de buracos negros adormecidos da nossa galáxia, as observações também deixam um mistério a ser resolvido – apesar da história compartilhada com seu vizinho alienígena, por que uma estrela companheira neste sistema binário é tão normal?”

Referência: “Sun-like star orbiting a black hole” de Karim Badri, Hans Walter Rex, Elliot Quatert, Andrew W. Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Katelyn Breivik, Kazi WK Wong, Antonio C. Rodriguez, Charlie Conroy, Glamour Shahav, Tsvi Mazeh, Frédéric Arino, Kevin B. Berdge, Dolev Bachi, Simchon Weigler, Daniel R. Weisz, Rhys Seiberger, Silvia Almada Münter e Jennifer Wuino, 2 de novembro de 2022, Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140

As notas do Gemini North foram conduzidas como parte do Programa de Tempo Estimado do Diretor (ID do Programa: GN-2022B-DD-202).

O Observatório Internacional Gemini é operado por uma parceria de seis países, incluindo os Estados Unidos através da National Science Foundation, Canadá através do National Research Council of Canada, Chile através da Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, Brasil através do Ministério da Ciência e Tecnologia. e Inovações, Argentina por meio do Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, e Coréia por meio do Instituto Coreano de Astronomia e Ciências Espaciais. Esses participantes e a Universidade do Havaí, que tem acesso regular ao Gemini, mantêm um “Escritório Nacional Gemini” para apoiar os usuários locais.