Os buracos negros, de fato, existem em três tamanhos: pequeno, médio e extra grandes, relata um novo estudo.

Os astrônomos estudaram muitos buracos negros em qualquer tamanho extremo – buracos negros “de massa estelar” , que são apenas algumas dezenas de vezes mais pesados do que o sol, e os buracos negros supermassivos, que podem conter milhões ou bilhões de vezes a massa do sol e escondem-se no centro da maioria, se não de todas, as galáxias.

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Os pesquisadores têm descoberto indícios de buracos negros muito mais raros de médio porte, que abrigam entre 100 e centenas de milhares de massas solares. Mas é difícil de calcular a massa  desses objetos – tão difícil que a sua existência tem sido um assunto de debate intenso.

Mas esse debate parece ter acabado, diz uma equipe de pesquisadores que mediu a massa de um buraco negro intermediário com uma precisão sem precedentes. Um buraco negro na galáxia vizinha M82 pesa 428 massas solares, mais ou menos uma centena de sóis ou algo assim.

“Objetos nesta escala são os menos esperados de todos os buracos negros”, disse o coautor do estudo Richard Mushotzky, professor de astronomia da Universidade de Maryland. “Os astrônomos têm perguntado: ‘Será que esses objetos existem ou não? Quais são suas propriedades? Até agora, não tínhamos os dados para responder a essas perguntas.’”

Padrões na luz

Os buracos negros devoram qualquer coisa que se aproxima deles, incluindo a luz. Mas isso não significa que os astrônomos não podem vê-los; brilhantes fluxos de luz de raios-X emanam a partir do disco superquente de material em espiral na borda de um buraco negro.

Cerca de 15 anos atrás, o Observatório de Raios-X, da NASA, viu essas emissões provenientes de uma fonte na galáxia M82, que fica a cerca de 12 milhões de anos-luz de distância da Terra. Por um longo tempo, Mushotzky e alguns outros cientistas suspeitaram que o objeto, chamado M82 X-1, era um buraco negro de tamanho médio. Mas essas suspeitas foram difíceis de confirmar.

“Por razões que são muito difíceis de entender, esses objetos têm resistido à técnicas de medições comuns”, disse Mushotzky.

No novo estudo, a equipe liderada por Dheeraj Pasham, da Universidade de Maryland,  tomou um olhar mais atento a M82 X-1. Eles estudaram observações feitas entre 2004-2010 pelo satélite RXTE, da NASA, que encerrou suas operações em 2012.

Os dados do RXTE revelaram um par de oscilações repetindo nas emissões de raios-X de M82 X-1. Essas oscilações ocorreram 5,1 vezes por segundo e 3,3 vezes por segundo, respectivamente – uma proporção de 1:57. Este fato permitiu que a equipe de determinasse a massa do buraco negro.

“Em essência, a frequência desta relação de oscilações 3:2 é inversa com a massa do buraco negro”, disse Pasham. “Simplificando, se o buraco negro é pequeno, os períodos orbitais na órbita circular mais interna são mais curtos, mas se o buraco negro é grande, os períodos orbitais são mais longos (frequências menores).”

Os pesquisadores calcularam a massa de M82 X-1 em 428 sóis.

Aprendendo sobre o crescimento dos buracos negros

Confirmar a existência de buracos negros intermediários pode ajudar os pesquisadores a entender melhor os monstros supermassivos em núcleos de galáxias.

Esses gigantes aparentemente se formaram pela primeira vez nos primórdios do universo, apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Eles não poderiam ter crescido tanto e tão rápido se as suas “sementes” fossem pequenos buracos negros de massa estelar (que resultam do colapso de estrelas gigantes), disse Pasham.

“Muitas teorias, portanto, sugeriram que estas sementes iniciais de buracos negros tinham que ser entre 100-1.000 vezes o tamanho do nosso Sol”, disse ele. “Mas nós não tínhamos provas concretas para tais buracos negros de massa intermédia.”

Buracos negros de massa estelar muitas vezes também apresentam oscilações de raios-X emparelhadas que ocorrem em uma proporção de 3:2. Portanto, as novas observações sugerem que buracos negros médios podem se comportar como uma versão em escala maior de sistemas de buracos negros de massa estelar, Pasham acrescentou.