Em alguns bilhões de anos, pode não haver mais estrelas no aglomerado Palomar 5. 

Um aglomerado composto por milhares de estrelas pode se dissolver e se tornar uma multidão de dezenas de buracos negros em um bilhão de anos, descobriu um novo estudo.

Esta visão de todo o céu da galáxia da Via Láctea mostra o aglomerado globular Palomar 5 e suas caudas de maré no centro superior. Crédito da imagem: Eduardo Balbinot / U. De Groningen / GAIA-eDR3 / DECaLS-DESI

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Este destino sombrio pode surgir das ações de alguns buracos negros que podem estar atualmente dentro desse aglomerado de estrelas, e a descoberta pode lançar luz sobre o futuro de dezenas de aglomerados semelhantes na Via Láctea, dizem os pesquisadores.

Os cientistas analisaram os aglomerados globulares, que são coleções densamente compactadas de estrelas antigas. De forma aproximadamente esférica, cada um pode conter até milhões de estrelas. A Via Láctea possui mais de 150 aglomerados globulares dispostos em um halo quase esférico ao redor da galáxia.

Os pesquisadores se concentraram em Palomar 5, um aglomerado globular de cerca de 11,5 bilhões de anos localizado no halo da Via Láctea, a cerca de 65.000 anos-luz da Terra na constelação de Serpens. 

Palomar 5 é um dos mais esparsos aglomerados globulares conhecidos. Enquanto o aglomerado globular médio tem cerca de 200.000 vezes a massa do sol e cerca de 20 anos-luz de diâmetro, Palomar 5 tem cerca de 10.000 vezes a massa do sol, mas cerca de 130 anos-luz de diâmetro, tornando-o no geral cerca de 3.000 vezes menos denso do que a média, disse o autor principal do estudo, Mark Gieles, astrofísico da Universidade de Barcelona, na Espanha.

Ao mesmo tempo, Palomar 5 é conhecido por duas longas caudas fluindo, compostas por estrelas que o aglomerado globular desprendeu. Essas caudas espetaculares medem mais de 22.800 anos-luz de comprimento, mais de 20 graus no céu, ou cerca de 40 vezes o diâmetro aparente da lua cheia. Palomar 5 é um dos poucos aglomerados de estrelas conhecidos com caudas tão longas, tornando-se a chave para entender como essas caudas podem se formar.

Pesquisas anteriores sugeriram que as caudas de Palomar 5 resultaram da maneira como a Via Láctea estava fragmentando o aglomerado globular. A atração gravitacional da galáxia é mais forte em um lado do Palomar 5 do que no outro, destruindo-o - uma versão extrema de como a atração gravitacional da lua causa marés na Terra. Essa chamada "redução da maré" pode ajudar a explicar não apenas as caudas de Palomar 5, mas também algumas dezenas de estreitos riachos de estrelas detectados recentemente no halo da Via Láctea.

"Vejo Palomar 5 como uma Pedra de Roseta que nos permite entender a formação de riachos estelares e aprender sobre seus progenitores", disse Gieles. 

Os cientistas sugeriram que o Palomar 5 se formou com baixa densidade, tornando mais fácil para a maré separá-lo e formar suas caudas. No entanto, várias propriedades de suas estrelas sugerem que já foi semelhante a aglomerados globulares mais densos.

Agora Gieles e seus colegas sugerem que Palomar 5 pode realmente ter sido muito mais denso do que é agora, e que sua atual natureza esparsa e suas longas caudas podem ser devidas a mais de 100 buracos negros escondidos dentro dele.

Os pesquisadores simularam as órbitas e a evolução de cada estrela dentro de Palomar 5 até que o aglomerado globular finalmente se desintegrou. Eles variaram as propriedades iniciais do cluster simulado até encontrarem boas correspondências com as observações reais do cluster e suas caudas.

Os cientistas descobriram que a estrutura e as caudas do Palomar 5 podem ter resultado de buracos negros que constituem cerca de 20% da massa do aglomerado globular. Especificamente, eles sugerem que Palomar 5 pode possuir atualmente 124 buracos negros, cada um em média com cerca de 17,2 vezes a massa do sol. Ao todo, isso é três vezes mais buracos negros do que seria de se esperar de um aglomerado globular dessa massa, disse Gieles.

Nesse cenário, Palomar 5, como aglomerados globulares típicos, é formado por buracos negros que consistem em apenas uma pequena porcentagem de sua massa. No entanto, a gravidade dos buracos negros girou em torno das estrelas que chegaram perto deles, aumentando o aglomerado e tornando mais fácil para a gravidade da Via Láctea arrancar as estrelas. Daqui a um bilhão de anos, eles calcularam que Palomar 5 poderia ter ejetado todas as suas estrelas, deixando para trás apenas buracos negros.

Gieles e seus colegas sugerem que as interações gravitacionais dentro de densos aglomerados globulares podem levá-los a ejetar a maioria de seus buracos negros. Como tal, aglomerados globulares densos podem manter a maioria de suas estrelas. Em contraste, os pesquisadores descobriram que aglomerados globulares que começam menos densos, como Palomar 5, podem ejetar menos buracos negros e, em vez disso, desprender a maioria de suas estrelas. Como tal, os buracos negros podem vir a dominar completamente esses aglomerados globulares, constituindo 100% de sua massa.

"Estou muito animado para finalmente entender por que alguns clusters são grandes e outros pequenos", disse Gieles. "Muitas pessoas simplesmente presumiram que isso era resultado de diferentes canais de formação, ou seja, a natureza. Mostramos que a diferença na aparência se deve à evolução, ou seja, à criação." 

"Como Palomar 5 tem várias características peculiares que também são encontradas em todos os outros aglomerados densos, podemos reconciliar essas descobertas e assumir que Palomar 5 provavelmente se formou de maneira semelhante a todos os outros aglomerados", acrescentou Gieles.

Os pesquisadores descobriram que quando se trata de aglomerados globulares no halo externo da Via Láctea, isto é, aqueles mais distantes do centro galáctico do que o Sol - "cerca de metade dos aglomerados parece ser comparável a Palomar 5 e a outra metade é mais denso", disse Gieles. A metade que é semelhante ao Palomar 5 pode experimentar um destino dominado por um buraco negro semelhante, disseram os pesquisadores.

Gieles avisou que eles foram capazes de conceber um modelo do Palomar 5 que não tinha buracos negros e não era denso na sua formação, mas também combinava com todos os detalhes que os astrônomos viram dele. Ainda assim, ele disse que havia apenas 0,5% de chance do Palomar 5 ter se formado dessa maneira.

"O modelo 'sem buraco negro' é muito improvável de ocorrer na natureza e não resolve o problema do Palomar 5 ter propriedades semelhantes a outros aglomerados densos", disse Gieles.

Essas descobertas podem ajudar a esclarecer os 10% dos aglomerados globulares da Via Láctea que são fofos como o Palomar 5, que têm menos de 100.000 vezes a massa do Sol, mas mais de 65 anos-luz de diâmetro. Os pesquisadores sugerem que esses aglomerados globulares fofos são ricos em buracos negros e podem eventualmente se dissolver completamente, resultando em muitos fluxos estelares finos.

Pesquisas futuras podem analisar o Palomar 5 para aprender mais sobre seus buracos negros, disse Gieles.

Os cientistas detalharam suas descobertas online em 5 de julho na revista Nature Astronomy.

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Referência:

CHOI, Charles Q. Star cluster overrun with black holes may dissolve into space, study finds. Space, 08, jul. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/black-holes-overrun-star-cluster-palomar-5-star-cluster>. Acesso em: 08, jul. 2021.