Pesquisas revelam que buracos negros podem expelir estrelas para o espaço intergaláctico em velocidades extremas

Pesquisas conduzidas por James Guillochon e seu colaborador revelam a existência de estrelas relativistas que vagam pelo espaço intergaláctico. Esses corpos celestes são expelidos de suas galáxias de origem devido à interação com pares de buracos negros durante processos de fusão galáctica.

A mecânica da ejeção estelar

Historicamente, acreditava-se que as estrelas nasciam e permaneciam dentro de suas galáxias. No entanto, evidências das últimas duas décadas mostram que a proximidade com buracos negros supermassivos centrais pode alterar esse destino. Em 1988, o astrônomo Jack Hills propôs teoricamente que a gravidade extrema de um buraco negro poderia romper sistemas binários de estrelas. Nesse cenário, enquanto uma estrela mantém uma órbita fechada, a outra é lançada para fora da galáxia em velocidades superiores à de escape.

Posteriormente, Warren Brown e pesquisadores do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica confirmaram a existência dessas estrelas de alta velocidade, que podem ser arremessadas a milhares de quilômetros por segundo. Além da ruptura de sistemas binários, pares de buracos negros supermassivos podem atuar como verdadeiras catapultas gravitacionais. Quando duas galáxias se fundem, seus núcleos massivos orbitam-se estreitamente antes da fusão final, e a interação gravitacional com estrelas próximas provoca ejeções em velocidades extremas.

Estrelas semi-relativistas e a escala do universo

Quando os buracos negros mantêm órbitas fechadas e muito excêntricas, as estrelas expelidas podem atingir frações significativas da velocidade da luz. Estudos de 2015 identificaram que, em fusões de buracos negros massivos, as estrelas ligadas ao componente de menor massa são lançadas a velocidades entre 3% e 50% da velocidade da luz, sendo classificadas como estrelas de alta velocidade semi-relativistas (EHS).

Esses corpos podem percorrer dezenas de milhões de anos-luz, atravessando grande parte do universo observável. As estimativas indicam que:

• Mais de um bilhão de estrelas no universo observável viajam a velocidades superiores a 108 quilômetros por hora (uma décima parte da velocidade da luz).
• Cerca de dez milhões dessas estrelas superam essa marca em pelo menos cinco vezes.
• A densidade dessas estrelas pode chegar a centenas de unidades no espaço entre a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda, desde que a excêntricidade orbital das fusões de buracos negros exceda 0,5 e a distância mínima seja de algumas dezenas de raios de Schwarzschild.

Novas fronteiras da cosmologia e observação

A detecção dessas estrelas permitiria a medição de distâncias cosmológicas com base no tempo de viagem, já que elas se deslocam mais lentamente que a luz. Além disso, como suas trajetórias são curvadas pela gravidade das galáxias que atravessam, a reconstrução desses caminhos permitiria testar a precisão da relatividade geral de Einstein.

Para validar essas previsões, os telescópios espaciais Euclid e Roman foram mobilizados. Equipados com imagens no infravermelho próximo e capacidade de espectroscopia, esses instrumentos buscam identificar candidatas a estrelas de alta velocidade. O Wide Survey do Euclid tem potencial para detectar cerca de 140 objetos fotométricos em 14.000 graus quadrados, enquanto o High-Latitude Wide-Area Survey do Roman pode localizar centenas de EHS. A confirmação ocorreria por meio de um espectro deslocado para o azul e um movimento próprio elevado sem paralaxe detectável.

Impacto futuro e sistemas planetários

Essas estrelas intergalácticas podem carregar planetas em suas órbitas, incluindo mundos potencialmente habitáveis. Embora esse fenômeno não ocorra atualmente na Via Láctea, a colisão futura com a galáxia de Andrômeda, prevista para ocorrer em alguns milhões de anos, resultará na formação da galáxia Milkomeda. Este novo sistema possuirá um binário de buracos negros em seu centro, capaz de lançar estrelas para o espaço intergaláctico em velocidades relativísticas.