Astrônomos descobriram a razão por trás da misteriosa falta de enormes buracos negros nos dados do telescópio

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Astrônomos descobriram a razão por trás da misteriosa falta de enormes buracos negros nos dados do telescópio
Astrônomos descobriram a razão por trás da misteriosa falta de enormes buracos negros nos dados do telescópio
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Nossos telescópios nunca detectaram um buraco negro com mais massa do que vinte vezes a massa do Sol. No entanto, agora sabemos de sua existência, já que dezenas desses buracos negros recentemente foram “ouvidos” se fundindo por meio de radiação de ondas gravitacionais. Uma equipe de astrônomos liderados por Peter Jonker (SRON / Radboud University) descobriu agora que esses resultados aparentemente díspares podem ser explicados por preconceitos contra buracos negros massivos em observações de telescópios convencionais.

Em 2015, as instalações do LIGO detectaram ondas gravitacionais pela primeira vez. Eles foram emitidos por dois buracos negros massivos de várias dezenas da massa do Sol em processo de fusão. Esta descoberta abalou o Universo, e também a comunidade astronômica, porque poucos astrônomos previram que tais buracos negros massivos existiriam, muito menos que eles poderiam se fundir. Antes das detecções das ondas gravitacionais, nossos telescópios convencionais haviam encontrado provas da existência de buracos negros de massa estelar em cerca de 20 casos. No entanto, nunca foi encontrado nenhum que fosse tão massivo quanto aqueles agora observados através da radiação de ondas gravitacionais emitida durante a fusão. Até agora, cerca de 50 desses pares de buracos negros em fusão foram detectados, inclusive pelo detector europeu de Virgem, novamente na maioria dos casos envolvendo buracos negros massivos. Os telescópios ainda não encontraram esses buracos negros.

Essa disparidade pode ser parcialmente explicada pelo maior volume do Universo que está sendo sondado pelos detectores de ondas gravitacionais. O LIGO-Virgo pode encontrar esses buracos negros mais massivos com mais facilidade porque suas ondas são mais fortes em relação às dos buracos negros mais leves, o que implica que esses podem ser eventos raros, mas barulhentos. Mas nenhuma detecção de tais buracos negros usando telescópios? Os buracos negros, ou pelo menos seu ambiente próximo, acendem-se quando devoram lentamente uma estrela companheira. Por meio de medições do movimento orbital da infeliz estrela, a massa do buraco negro pode ser determinada.

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As medições usando radiação eletromagnética (EM) revelaram apenas buracos negros estelares menos massivos do que cerca de 20 massas solares (círculos roxos). Todos esses buracos negros têm uma estrela companheira que está perdendo massa para o buraco negro. Este fluxo de gás revela a existência do buraco negro e o estudo detalhado do movimento do companheiro permite que a massa do buraco negro seja medida. As medições do LIGO / Virgo da radiação das ondas gravitacionais emitidas quando dois buracos negros se fundem permitiram que as massas de várias dezenas de buracos negros fossem medidas desde 2015 (círculos azuis). Esses buracos negros são geralmente mais massivos do que aqueles encontrados através da radiação EM. Nós sabemos agora que a falta de buracos negros massivos estudados por meio de técnicas EM pode ser causada por um viés contra a descoberta e o estudo de buracos negros massivos. A propósito, as medições do LIGO / Virgo favorecem a detecção de buracos negros massivos porque o sinal de suas fusões é mais alto e, portanto, pode ser detectado em sistemas mais distantes no Universo em comparação com o sinal de buracos negros de menor massa que se fundem. No entanto, o LIGO / Virgo também está detectando buracos negros que se fundem com menor massa. Em um futuro próximo, o telescópio JWST permitirá remover a polarização EM. Crédito: Aaron M. Geller, Northwestern University e Frank Elavsky, LIGO-Virgo

Uma equipe de astrônomos liderada por Peter Jonker (Radboud University / SRON) percebeu que as observações do telescópio são tendenciosas contra a detecção de buracos negros massivos. Esses buracos negros massivos podem, em princípio, ser observados se comerem massa de uma estrela companheira. No entanto, as circunstâncias para essas observações têm sido muito difíceis na prática, explicando a falta de detecção de buracos negros massivos por meio de observações de telescópio. Os maiores buracos negros são formados por estrelas massivas implodindo, em vez de estrelas massivas explodindo (“supernova”). Formados por uma implosão, esses buracos negros massivos permanecem no mesmo lugar onde seu antecessor (a estrela massiva) nasceu, o plano da Via Lácteagaláxia. No entanto, isso significa que eles permanecem envoltos em poeira e gás. Suas irmãs e irmãos buracos negros mais leves, nascidos de estrelas massivas por meio de explosões de supernovas, experimentam um chute ejetando-os do plano da Via Láctea, tornando-os mais facilmente observáveis ​​para nossos telescópios medindo sua massa.

O agravante desse viés, conforme percebido por Jonker e colegas, é que qualquer estrela companheira de um buraco negro massivo deve orbitar a uma distância relativamente grande, tornando mais raro para uma estrela companheira ser devorada em um frenesi observável. Esses episódios são o que revelam a existência e a localização dos buracos negros. Assim, os buracos negros mais massivos raramente revelarão sua localização.

O lançamento iminente do telescópio espacial James Webb (JWST) em 18 de dezembro permitirá que os astrônomos testem essas idéias. O JWST permitirá pela primeira vez a medição da massa de vários sistemas de buracos negros candidatos no plano da Via Láctea. O JWST será sensível à luz infravermelha, e essa luz é muito menos afetada por poeira e gás do que a luz óptica normalmente usada por telescópios terrestres. Além disso, o grande tamanho do JWST e sua posição vantajosa no espaço permite que o JWST escolha a estrela certa para estudar entre os milhões de estrelas no plano da Via Láctea. Finalmente, por estar acima da atmosfera terrestre, o JWST não será prejudicado pela luz infravermelha emitida pela atmosfera.

Referência: “A distribuição em massa observada de buracos negros galácticos LMXBs é tendenciosa contra buracos negros maciços” por Peter G. Jonker, Karamveer Kaur, Nicholas Stone e Manuel AP Torres, 9 de novembro de 2021, The Astrophysical Journal .
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac2839

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