Sistema Extraordinário de Três Corpos com Buraco Negro é o Primeiro do Tipo Já Encontrado

Crédito: Pixabay

Uma Descoberta Única na Constelação de Cisne

Na constelação de Cisne, a cerca de 7.800 anos-luz da Terra, encontra-se uma verdadeira raridade cósmica: o sistema V404 Cygni, lar de um buraco negro conhecido por seu comportamento intrigante e imprevisível. Recentemente, esse sistema revelou mais uma surpresa para os cientistas: uma estrela companheira distante em uma órbita ampla, que leva cerca de 70.000 anos para ser completada.

Como o V404 Cygni já possui uma estrela companheira próxima que completa sua órbita a cada 6,5 dias, a descoberta desse terceiro objeto transforma o sistema em uma configuração “trinária”. É a primeira vez que observamos essa formação, o que pode ajudar a esclarecer como os buracos negros se formam, já que as teorias atuais sugerem que uma explosão de supernova—a forma pela qual se acredita que buracos negros de massa estelar se originam—normalmente destruiria a frágil conexão gravitacional de uma órbita tão distante.

“Achamos que a maioria dos buracos negros se forma a partir de explosões violentas de estrelas, mas essa descoberta nos faz questionar essa teoria,” diz Kevin Burdge, físico do MIT.

“Este sistema é uma descoberta incrível para a evolução de buracos negros e também levanta a possibilidade de que existam outros sistemas triplos semelhantes por aí.”

Evidência de um Sistema Triplo

De fato, conhecemos a segunda estrela no sistema V404 Cygni há décadas; até agora, os astrônomos pensavam que ela era apenas uma estrela próxima, sem ligação direta com o buraco negro. No entanto, dados da missão Gaia, da Agência Espacial Europeia, que mapeia a posição, direção e velocidade de objetos na Via Láctea, indicaram algo mais complexo.

Imagens ópticas (esquerda) e de infravermelhos próximos (direita) do sistema. (Burdge et al., Nature, 2024)

V404 Cygni e a suposta estrela “sem relação” estão se movendo na mesma direção e à mesma velocidade, sugerindo uma conexão gravitacional entre elas.

“Isso não é uma coincidência,” afirma Burdge. “Observamos duas estrelas se movendo juntas porque uma força gravitacional fraca as liga, formando um sistema triplo.”

Essa evidência apoia a teoria de que buracos negros se formam a partir de explosões de supernova, as gigantescas erupções de estrelas moribundas que liberam o material externo enquanto o núcleo colapsa para formar um buraco negro. No entanto, alguns buracos negros podem também se formar por um processo chamado colapso direto, no qual a estrela massiva implode completamente, sem uma explosão violenta.

No modelo de colapso direto, há pouca evidência a ser observada porque não há resíduos característicos das supernovas. É precisamente aqui que o V404 Cygni se torna particularmente interessante—se uma explosão de supernova ocorre de forma assimétrica, a energia desigual cria um “empurrão” para o buraco negro recém-formado.

A astrometria de V404 Cygni, com uma imagem Pan-STARRS do sistema, as trajectórias das estrelas no campo, e um zoom do binário interior. (Burdge et al., Nature, 2024)

O Desafio da Órbita Ampla e da Conexão Gravitacional

Contudo, a grande distância entre o buraco negro e a estrela recém-descoberta—aproximadamente 3.500 unidades astronômicas—torna difícil reconciliar essa ideia com sua fraca conexão gravitacional. Uma supernova provavelmente teria rompido facilmente essa ligação.

A ampla separação orbital também dificulta explicar essa configuração por captura gravitacional entre dois objetos em passagem. Após realizar milhares de simulações, Burdge e sua equipe concluíram que a explicação mais plausível é que os três objetos já estavam gravitacionalmente ligados quando o buraco negro se formou e que o mecanismo de formação envolveu o colapso direto.

Uma ilustração do buraco negro, que tem uma oscilação na sua rotação. (ICRAR)

“Nossas simulações mostram que a maneira mais viável para esse sistema triplo existir é por meio do colapso direto,” diz Burdge.

Essa descoberta fornece a melhor evidência até agora para o modelo de colapso direto na formação de buracos negros, fortalecendo essa teoria como uma explicação válida para os casos em que uma supernova não explica a origem de um buraco negro.

Podem existir outros sistemas triplos, com buracos negros em órbitas amplas, que ainda não detectamos devido à natureza discreta desses objetos. Encontrar mais sistemas como este poderia nos ajudar a entender como buracos negros se formam e por que, em alguns casos, eles colapsam diretamente em vez de explodirem em uma supernova.

“Ou tivemos muita sorte, ou sistemas ternários são comuns,” afirma o astrônomo Kareem El-Badry, do Caltech.

“Se forem comuns, isso poderia responder a questões antigas sobre como pares de buracos negros se formam. Os sistemas triplos criam caminhos evolutivos que não são possíveis para sistemas binários puros.”

Já foi sugerido anteriormente que pares de buracos negros podem se formar principalmente pela evolução de trios, mas faltava evidência direta até agora.”

Leia o Artigo Orignal: Science Alert

Leia mais: Planetas TRAPPIST Selecionados para Monitorizar Potenciais Comunicações de Rádio Alienígenas