• Começa com um estrondo

Quão próximo está o buraco negro mais próximo da Terra?

• Desde que o primeiro buraco negro foi descoberto, o binário de raios-X Cygnus X-1, os cientistas se perguntam o quão próximo realmente está o buraco negro mais próximo de nós.
• Com técnicas como medições binárias de raios-X e observações de ondas gravitacionais, descobrimos muitos candidatos e confirmamos buracos negros, mas todos estão a milhares (ou mais) de anos-luz de distância.
• Usando uma nova técnica e um conjunto de dados para encontrar binários de estrelas de buracos negros destacados, um novo recordista, Gaia BH1, está a apenas 1560 anos-luz de distância. Ele detém o recorde atual; provavelmente não por muito tempo.

Em todo o Universo, estrelas massivas colapsam e morrem.

A anatomia de uma estrela muito massiva ao longo de sua vida, culminando em uma Supernova Tipo II quando o núcleo fica sem combustível nuclear. O estágio final da fusão é tipicamente a queima de silício, produzindo ferro e elementos semelhantes a ferro no núcleo por apenas um breve período antes que uma supernova ocorra. Se o núcleo desta estrela for massivo o suficiente, produzirá um buraco negro quando o núcleo entrar em colapso.

A partir de supernovas de colapso de núcleo, formam-se estrelas de nêutrons e buracos negros.

As fotos visíveis/próximas do IR do Hubble mostram uma estrela massiva, com cerca de 25 vezes a massa do Sol, que desapareceu, sem supernova ou outra explicação. O colapso direto é a única explicação razoável candidata e é uma maneira conhecida, além de supernovas ou fusões de estrelas de nêutrons, de formar um buraco negro pela primeira vez.

Estrelas e gás colapsam diretamente, formando buracos negros.

Este trecho de uma simulação de supercomputador mostra pouco mais de 1 milhão de anos de evolução cósmica entre duas correntes frias de gás convergentes. Nesse curto intervalo, pouco mais de 100 milhões de anos após o Big Bang, aglomerados de matéria crescem para possuir estrelas individuais contendo dezenas de milhares de massas solares, cada uma nas regiões mais densas. Isso poderia fornecer as sementes necessárias para os buracos negros mais antigos e massivos do Universo, bem como as primeiras sementes para o crescimento de estruturas galácticas.

Finalmente, as fusões de estrelas de nêutrons também criam buracos negros.

Quando duas estrelas de nêutrons colidem, se sua massa total for grande o suficiente, elas não resultarão apenas em uma explosão de kilonova e na criação onipresente de elementos pesados, mas levarão à formação de um novo buraco negro a partir do remanescente pós-fusão. Ondas gravitacionais e raios gama da fusão parecem viajar a velocidades indistinguíveis: a velocidade de todas as partículas sem massa.

Esses buracos negros vagam pelo Universo, devorando qualquer matéria que entre em contato com seus horizontes de eventos.

Em 14 de setembro de 2013, os astrônomos capturaram a maior explosão de raios-X já detectada do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, conhecido como Sagitário A*. Em raios-X, nenhum horizonte de eventos é visível nessas resoluções; a “luz” é puramente tipo disco. No entanto, podemos ter certeza de que apenas a matéria que permanece fora do horizonte de eventos gera luz; a matéria que passa dentro dele é adicionada à massa do buraco negro, inevitavelmente caindo na singularidade central do buraco negro.

Objetos inspiradores e fundidos emitem ondas gravitacionais, permitindo a detecção de buracos negros terrestres.

Uma simulação matemática do espaço-tempo deformado perto de dois buracos negros em fusão. As bandas coloridas são picos e vales de ondas gravitacionais, com as cores ficando mais brilhantes à medida que a amplitude da onda aumenta. As ondas mais fortes, carregando a maior quantidade de energia, vêm logo antes e durante o próprio evento de fusão. De estrelas de nêutrons inspiradoras a buracos negros ultramassivos, os sinais que devemos esperar que o Universo gere devem abranger mais de 9 ordens de magnitude em frequência e podem atingir picos de potência de ~ 10 ^ 23 sóis.

Também detectamos os raios X emitidos por buracos negros que se alimentam de companheiros binários.

Quando uma estrela massiva orbita um cadáver estelar, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, o remanescente pode acumular matéria, aquecendo-a e acelerando-a, levando à emissão de raios-X. Esses binários de raios-X foram como todos os buracos negros de massa estelar, até o advento da astronomia de ondas gravitacionais, foram descobertos, e ainda são como a maioria dos buracos negros conhecidos da Via Láctea foram encontrados.

Esses binários de raios-X, tradicionalmente, revelaram os buracos negros mais próximos: vários milhares de anos-luz de distância.

O gráfico mais atualizado, em novembro de 2021, de todos os buracos negros e estrelas de nêutrons observados eletromagneticamente e através de ondas gravitacionais. Embora estes incluam objetos que variam de pouco mais de 1 massa solar, para as estrelas de nêutrons mais leves, até objetos com pouco mais de 100 massas solares, para buracos negros pós-fusão, a astronomia de ondas gravitacionais atualmente é sensível apenas a um conjunto muito estreito de objetos. . Os buracos negros mais próximos foram todos encontrados como binários de raios-X, até a descoberta de Gaia BH1 em novembro de 2022.

No entanto, dois outros métodos são promissores: binárias de microlente e buraco negro-estrela com órbitas separadas.

Se um buraco negro estivesse em rota de colisão com a Terra, não teríamos nenhum aviso do próprio buraco negro, mas ele distorceria e curvaria a luz dos objetos de fundo, revelando sua presença. O fato de a massa dobrar o espaço-tempo, independentemente do tipo de luz que emite, é a chave para encontrar buracos negros que podem estar escondidos no Universo próximo.

Ocorre microlente sempre que uma massa intervém entre um objeto luminoso e nós mesmos.

Quando ocorre um evento de microlente gravitacional, a luz de fundo de uma estrela fica distorcida e ampliada à medida que uma massa intermediária viaja através ou perto da linha de visão da estrela. O efeito da gravidade interveniente dobra o espaço entre a luz e os nossos olhos, criando um sinal específico que revela a massa e a velocidade do objeto interveniente em questão. Todas as massas são capazes de desviar a luz por meio de lentes gravitacionais, desde planetas de baixa massa até buracos negros de alta massa.

O padrão de brilho característico revela a massa do intruso e outras propriedades.

Os efeitos relativísticos de curvatura da luz mostrados aqui são causados ​​pelos fortes efeitos de lentes gravitacionais de um buraco negro em primeiro plano. Tanto o fundo da Via Láctea quanto uma estrela com lente são mostrados aqui. Este método revelaria tanto uma estrela com lente em uma órbita binária separada com o buraco negro quanto um buraco negro intercalado que causou um evento de microlente.

Enquanto isso, buracos negros orbitando estrelas normais influenciarão o movimento e a posição observados da estrela.

Ao rastrear o desvio para o vermelho e o azul de uma estrela ao longo do tempo, a massa de um companheiro candidato pode ser descoberta.

A ideia do método da velocidade radial é que, se uma estrela tem uma companheira massiva não vista, seja um exoplaneta ou um buraco negro, observar seu movimento e posição ao longo do tempo, se possível, deve revelar a companheira e suas propriedades. Isso permanece verdadeiro, mesmo que não haja luz detectável emitida pelo próprio companheiro.

Observar sua mudança de posição ao longo do tempo deve corresponder às previsões do candidato a companheiro, confirmando seu parceiro.

Visão geral das velocidades radiais para Gaia-BH1 obtidas pelo levantamento LAMOST e de observações de acompanhamento com os espectrógrafos MagE, GMOS, XSHOOTER, ESI, FEROS e HIRES. Pontos com barras de erro são medidas, linhas cinzas são desenhadas a partir da parte posterior ao ajustar conjuntamente esses espectros de velocidade radial e as restrições astrométricas do Gaia.

A missão Gaia da ESA alavancou este método, descobrindo o buraco negro mais próximo de hoje: Gaia BH1 .

Apenas , este registro é temporário.

Gaia BH1, com ~10 massas solares, com um período orbital de ~180 dias e localizada a apenas 1560 anos-luz de distância, agora detém o recorde (a partir de 2022) do buraco negro mais próximo conhecido do nosso Sistema Solar.

Próximas missões, como Nancy Roman , deve revelar buracos negros ainda mais próximos.

Esta ilustração compara os tamanhos relativos das áreas do céu cobertas por dois levantamentos: o High Latitude Wide Area Survey do Telescópio Romano Nancy, delineado em azul, e o maior mosaico liderado pelo Hubble, o Cosmological Evolution Survey (COSMOS), mostrado em vermelho . Nos planos atuais, a pesquisa romana será mais de 1.000 vezes mais ampla que a do Hubble, revelando como as galáxias se aglomeram no tempo e no espaço como nunca antes, permitindo as restrições mais rígidas à evolução da energia escura e revelando mais eventos de microlentes, incluindo possivelmente buracos negros extremamente próximos , do que nunca.

Principalmente Mute Monday conta uma história astronômica em imagens, recursos visuais e não mais de 200 palavras. Fale menos; sorria mais.

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