Embora possam revelar sua presença ao iluminar o ambiente durante episódios raros de alimentação intensa, na maior parte do tempo é extremamente difícil detectar esses objetos. Essa dificuldade impede os astrônomos de saber com precisão quantos buracos negros de massa estelar existem na Via Láctea. Para tentar responder à questão, uma equipe de pesquisadores simulou a evolução da nossa galáxia e estimou que cerca de 170 milhões de buracos negros desse tipo estejam espalhados pela Via Láctea.

O estudo também prevê como esses objetos estão distribuídos, quais são suas massas e até como podem ter sido as explosões estelares que deram origem a eles. Essas previsões poderão servir como uma espécie de mapa para futuras observações, que permitirão verificar se as simulações correspondem ao que realmente existe na galáxia.

O trabalho foi desenvolvido por uma equipe liderada pelo astrofísico Tom Wagg, do Flatiron Institute, nos Estados Unidos. Os pesquisadores criaram versões virtuais da Via Láctea e acompanharam, ao longo de bilhões de anos, processos como o nascimento de estrelas, suas mortes, a formação de buracos negros e a evolução da própria galáxia.

A ideia é simples: se uma simulação baseada nas leis conhecidas da física consegue produzir uma galáxia semelhante à Via Láctea observada atualmente, seus resultados podem fornecer uma estimativa plausível sobre objetos que ainda não conseguimos observar diretamente. Os resultados foram submetidos a periódicos científicos da American Astronomical Society e ainda passam pelo processo de revisão por pares.

Buracos negros de massa estelar são os remanescentes de estrelas muito massivas que chegaram ao fim de suas vidas. Depois de consumir grande parte do combustível utilizado na fusão nuclear, uma estrela desse tipo perde a sustentação necessária para equilibrar sua própria gravidade.

Seu núcleo então pode entrar em colapso, enquanto as camadas externas são expulsas em uma explosão de supernova. O resultado pode ser um objeto extremamente compacto, cuja gravidade é tão intensa que nada que ultrapasse determinado limite, nem mesmo a luz, consegue escapar.

Essa característica cria um problema para os astrônomos, porque a luz é uma das principais fontes de informação utilizadas para estudar o Universo. Um buraco negro isolado, que não esteja interagindo de maneira perceptível com matéria ao seu redor, praticamente não emite luz que possa ser detectada diretamente. Por isso, mesmo que existam milhões deles em nossa galáxia, localizá-los individualmente e estabelecer uma contagem precisa é uma tarefa extremamente difícil.

As simulações realizadas pela equipe indicam que, ao longo dos cerca de 13,6 bilhões de anos de história da Via Láctea, aproximadamente 170 milhões de estrelas teriam deixado a sequência principal e terminado sua evolução como buracos negros de massa estelar. Embora esse número pareça enorme, ele representa uma quantidade relativamente pequena quando distribuída pelo gigantesco volume da galáxia.

Na região localizada aproximadamente à mesma distância do centro galáctico que o Sistema Solar, os pesquisadores estimaram uma densidade média de cerca de um buraco negro para cada 6.250 parsecs cúbicos. Como um parsec corresponde a aproximadamente 3,26 anos-luz, esse volume equivale aproximadamente a um cubo com 18,4 parsecs, ou cerca de 60 anos-luz, de cada lado.

A distribuição desses objetos também revela informações importantes sobre a história da galáxia. Se os 170 milhões de buracos negros fossem distribuídos uniformemente ao longo dos 13,6 bilhões de anos de existência da Via Láctea, isso corresponderia a uma média de aproximadamente um novo buraco negro de massa estelar a cada 80 anos.

Na realidade, porém, a formação não ocorreu de maneira uniforme. A maior parte desses buracos negros teria surgido muito mais cedo, quando a taxa de formação de estrelas na Via Láctea era consideravelmente maior do que atualmente.

As simulações indicam ainda que esses objetos não permanecem necessariamente próximos do local onde nasceram. Quando uma estrela massiva explode como supernova, a explosão pode ser assimétrica, produzindo um efeito semelhante a um impulso sobre o buraco negro recém-formado.

Os astrônomos chamam esse fenômeno de “chute natal”. Em alguns casos, esse impulso pode ser suficientemente forte para lançar o buraco negro a uma trajetória capaz de tirá-lo da Via Láctea. Na maioria das situações, entretanto, o objeto permanece gravitacionalmente ligado à galáxia e passa a percorrer grandes distâncias dentro dela.

Esse deslocamento modifica a distribuição dos buracos negros em relação às estrelas que permanecem concentradas no disco galáctico. O disco fino de estrelas da Via Láctea possui uma espessura de aproximadamente 306 parsecs, enquanto a simulação indica que o disco formado pela população de buracos negros pode alcançar cerca de 790 parsecs de espessura. Em outras palavras, os buracos negros estariam distribuídos por uma região verticalmente mais ampla da galáxia, em grande parte como consequência dos impulsos recebidos durante sua formação.

A massa dos buracos negros também parece influenciar a distância que eles conseguem percorrer em relação ao plano da galáxia. Segundo as simulações, os buracos negros menos massivos tendem a se afastar mais do plano galáctico porque recebem impulsos mais fortes durante as explosões que os originam. Isso ocorre porque, nesses casos, uma quantidade maior de material da estrela pode ser expulsa durante a supernova, aumentando o efeito de recuo sobre o objeto recém-formado.

Buracos negros mais massivos, por outro lado, tendem a se formar em situações nas quais uma quantidade maior de material retorna e cai sobre o núcleo em colapso. Esse processo reduz o impulso recebido pelo buraco negro.

A pesquisa, portanto, não pretende apenas estimar quantos buracos negros existem na Via Láctea. A posição e o movimento desses objetos podem preservar marcas das condições em que nasceram e das explosões que os produziram.

Como os buracos negros praticamente não desaparecem e podem permanecer viajando pela galáxia durante bilhões de anos, sua distribuição atual pode funcionar como um registro das transformações pelas quais a Via Láctea passou.

As próximas observações serão importantes para testar essa hipótese. Caso os levantamentos astronômicos encontrem uma distribuição de buracos negros compatível com as previsões da equipe, os resultados poderão fortalecer as simulações como ferramenta para estudar a evolução da Via Láctea e de outras galáxias.

Nesse cenário, a população invisível de buracos negros que atravessa a nossa galáxia poderia deixar de ser apenas um conjunto de objetos difíceis de detectar e passar a ser vista também como um arquivo cósmico capaz de preservar informações sobre a própria história da Via Láctea.

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