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Se eles existirem, os buracos negros de massa intermediária provavelmente devoram estrelas rebeldes como uma criança bagunçada – dando algumas mordidas e depois jogando os restos pela galáxia – descobriu um novo estudo conduzido pela Northwestern University.
Em novas simulações de computador em 3D, os astrofísicos modelaram buracos negros de massas variadas e depois lançaram estrelas (aproximadamente do tamanho do nosso sol) além deles para ver o que poderia acontecer.
Quando uma estrela se aproxima de um buraco negro de massa intermediária, ela inicialmente fica presa na órbita do buraco negro, descobriram os pesquisadores. Depois disso, o buraco negro começa sua longa e violenta refeição. Cada vez que a estrela dá uma volta, o buraco negro dá uma mordida – canibalizando ainda mais a estrela a cada passagem. Eventualmente, nada resta a não ser o núcleo disforme e incrivelmente denso da estrela.
Nesse ponto, o buraco negro ejeta os restos. O remanescente da estrela voa para a segurança através da galáxia.
Essas novas simulações não apenas sugerem comportamentos desconhecidos de buracos negros de massa intermediária, mas também fornecem aos astrônomos novas pistas para ajudar a finalmente identificar esses gigantes ocultos em nosso céu noturno.
“Obviamente não podemos observar buracos negros diretamente porque eles não emitem luz”, disse Fulya Kıroğlu, da Northwestern, que liderou o estudo. “Então, em vez disso, temos que olhar para as interações entre os buracos negros e seus ambientes. Descobrimos que as estrelas passam por várias passagens antes de serem ejetadas. Após cada passagem, elas perdem mais massa, causando um toque de luz à medida que se desfazem. Cada uma delas o brilho é mais brilhante que o anterior, criando uma assinatura que pode ajudar os astrônomos a encontrá-los.”
Kıroğlu apresentará esta pesquisa durante a parte virtual da reunião de abril da American Physical Society (APS). “Eventos de ruptura de maré de estrelas por buracos negros de massa intermediária” acontecerão no dia 25 de abril, como parte da sessão “Medium: Cosmic Rays, AGN & Galaxies”. . O Jornal Astrofísico aceitou o estudo para publicação.
Kıroğlu é um estudante de pós-graduação em astrofísica na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA). Ela é aconselhada pelo coautor do artigo, Frederic Rasio, professor de física e astronomia Joseph Cummings em Weinberg e membro do CIERA.
Embora os astrofísicos tenham provado a existência de buracos de bloco de massa menor e maior, os buracos negros de massa intermediária permaneceram indescritíveis. Criados quando as supernovas colapsam, os buracos negros estelares remanescentes têm cerca de 3 a 10 vezes a massa do nosso sol. No outro extremo do espectro, os buracos negros supermassivos, que se escondem nos centros das galáxias, têm de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso sol.
Se existissem, os buracos negros de massa intermediária se encaixariam em algum lugar no meio – 10 a 10.000 vezes mais massivos que os buracos negros estelares remanescentes, mas não tão massivos quanto os buracos negros supermassivos. Embora esses buracos negros de massa intermediária teoricamente devam existir, os astrofísicos ainda precisam encontrar evidências observacionais indiscutíveis.
“A presença deles ainda é debatida”, disse Kıroğlu. “Os astrofísicos descobriram evidências de que eles existem, mas essas evidências geralmente podem ser explicadas por outros mecanismos. Por exemplo, o que parece ser um buraco negro de massa intermediária pode na verdade ser o acúmulo de buracos negros de massa estelar.”
Para explorar o comportamento desses objetos evasivos, Kıroğlu e sua equipe desenvolveram novas simulações hidrodinâmicas. Primeiro, eles criaram um modelo de estrela, consistindo de muitas partículas. Em seguida, enviaram a estrela em direção ao buraco negro e calcularam a força gravitacional que atuava nas partículas durante a aproximação da estrela.
“Podemos calcular especificamente qual partícula está ligada à estrela e qual partícula foi interrompida (ou não está mais ligada à estrela)”, disse Kıroğlu.
Por meio dessas simulações, Kıroğlu e sua equipe descobriram que as estrelas podem orbitar um buraco negro de massa intermediária até cinco vezes antes de finalmente serem ejetadas. A cada passagem ao redor do buraco negro, a estrela perde mais e mais de sua massa à medida que é dilacerada. Então, o buraco negro chuta as sobras – movendo-se a velocidades alucinantes – de volta para a galáxia. O padrão repetitivo criaria um impressionante show de luzes que ajudaria os astrônomos a reconhecer – e provar a existência de – buracos negros de massa intermediária.
“É incrível que a estrela não esteja totalmente destruída”, disse Kıroğlu. “Algumas estrelas podem ter sorte e sobreviver ao evento. A velocidade de ejeção é tão alta que essas estrelas podem ser identificadas como estrelas de hipervelocidade, que foram observadas nos centros das galáxias.”
Em seguida, Kıroğlu planeja simular diferentes tipos de estrelas, incluindo estrelas gigantes e estrelas binárias, para explorar suas interações com buracos negros.
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