Sistema triplo contendo um buraco negro e duas estrelas é observado pela primeira vez

Quando um buraco negro está interagindo com outro objeto podendo ser outro buraco negro ou até mesmo uma estrela, chamamos de binária. Binárias de raios-X geralmente são associadas aos buracos negros com estrelas enquanto binárias de buracos negros são associadas à dois buracos negros. Essas binárias são importantes para entender a formação e evolução de estrelas.

As binárias podem ser formadas quando uma, de duas estrelas que interagem, entra em supernova e colapsa em buraco negro. Esse é um processo complexo porque supernovas são eventos energéticos que conseguiriam expulsar outros objetos da interação. Por isso, encontrar sistemas triplos é extremamente raro já que durante a supernova pode acontecer de uma das componentes ser expulsa do sistema.

Recentemente, pesquisadores do MIT e da Caltech divulgaram em um artigo na Nature que observaram um raro sistema triplo envolvendo um buraco negro e duas estrelas. Essa é a primeira vez que um sistema do tipo é observado. Parte disso é compreender como uma estrela que interage fracamente com o buraco negro conseguiu se manter em órbita mesmo depois da supernova que originou o buraco negro.

Binárias com buracos negros

Estrelas nascem em nuvens de hidrogênio molecular que começam a colapsar por algum fator externo. É comum que essas regiões fiquem conhecidas como berçário de estrelas e várias estrelas acabem nascendo no mesmo ambiente. Quando isso acontece, duas ou mais estrelas interagem gravitacionalmente criando sistemas duplos, triplos ou até mesmo aglomerados com várias estrelas.

Se uma das estrelas chega ao final da sua vida, ela entra em um processo chamado de supernova. A supernova acontece como uma forma de explosão que expele as partes mais externas enquanto a parte mais interna colapsa. Ao final do processo, a estrela se torna um buraco negro ou estrela de nêutrons em um sistema com outras estrelas, caso essas não forem ejetadas durante a supernova.

Supernovas

Dependendo da massa e da distância que uma estrela tem da outra em um sistema, é possível que a supernova tenha energia suficiente para interromper a ligação entre as duas. Isso porque as partes mais externas que são expelidas tem energia alta o suficiente para empurrar outra estrela do sistema. Já estrelas mais massivas e mais próximas tem uma interação gravitacional muito maior sendo difícil expulsá-las.

Uma supernova pode dar origem a uma estrela de nêutron ou a um buraco negro estelar dependendo da massa final da estrela. Já estrelas menores e menos massivas, como o Sol, se tornam uma anã branca e não ocorre o processo de supernova. Esse processo também é importante para formação de elementos mais pesados e a distribuição de metais pelo espaço inclusive que poderá formar novas estrelas ou planetas.

Sistema triplo

Em um estudo publicado na Nature, físicos do MIT e do Caltech observaram um sistema triplo pela primeira vez. Este sistema consiste de um buraco negro central e duas estrelas que orbitam. A estrela mais próxima está sendo aos poucos consumida e orbita o buraco negro cada 6,5 dias. Ele encontraram uma segunda estrela que parece estar orbitando o buraco negro a uma distância muito maior com 1 órbita a cada 70.000 anos.

A distância entre as estrelas está estimada a 3.500 vezes a distância da Terra e Sol. Eles conseguiram encontrar o sistema triplo quando observaram imagens do sistema V404 Cygni que já era conhecido. As imagens mostravam dois pontos de luz onde um ponto era o buraco negro com a estrela mais próxima e um ponto mais distante representando a estrela que orbita em uma distância muito maior.

Origem do sistema

O que intriga os pesquisadores é que se o buraco negro central tivesse sido formado através de supernova, seu colapso teria expulsado a estrela mais distante. A hipótese é se o buraco negro se formou através de um colapso de estrela em expelir as camadas mais externas, ou seja, sem ser uma supernova. Essa hipótese é considerada uma formação “suave” de buraco negro estelar.

Uma curiosidade que os pesquisadores encontraram ao estudar o sistema com foi que a estrela mais distante está ao final da vida e em processo para se tornar uma gigante vermelha. Com base na massa e nessa transição, os pesquisadores estimaram que a idade da estrela e do sistema é por volta de 4 bilhões de anos.

Referência da notícia:

Burdge et al. 2024 The black hole low-mass X-ray binary V404 Cygni is part of a wide triple Nature