Investigação
Em Black Hole Hunters, pedimos que você nos ajude a encontrar alguns dos milhões de buracos negros desaparecidos da Via Láctea. Usando dados do satélite TESS, gostaríamos que você olhasse gráficos de como o brilho das estrelas muda ao longo do tempo, procurando por um efeito chamado microlente gravitacional. Esse efeito de lente pode indicar que um objeto massivo passou na frente de uma estrela – sua gravidade curvando e focando a luz da estrela – e esperamos usar isso para descobrir a existência de buracos negros que de outra forma seriam invisíveis.
O que são buracos negros?
Um buraco negro é uma das coisas que podem ser criadas quando uma estrela fica sem combustível. Nem todas as estrelas deixarão para trás um buraco negro. O que fica para trás depende de quão massiva a estrela é. Estrelas menos massivas, como o nosso Sol, deixam para trás anãs brancas. Estrelas que têm cerca de dez vezes a massa do Sol deixam para trás estrelas de nêutrons. E as maiores estrelas, 20 vezes a massa do Sol ou mais, deixam para trás buracos negros.
Em todos os três casos, o objeto deixado para trás é muito mais denso do que a estrela da qual se formou. Uma anã branca tem uma massa aproximadamente igual à do Sol (nem todo o material da estrela original entra no remanescente, então em todos os casos o que resta é menos massivo do que a estrela original) e tem aproximadamente o tamanho da Terra. Uma estrela de nêutrons é mais massiva, até cerca de duas vezes a massa do Sol e cerca de 10 quilômetros de diâmetro. Buracos negros não têm um limite superior de massa, mas a maioria deles deve ter cerca de 10 massas solares com um raio de cerca de 30 quilômetros.
Buracos negros são objetos estranhos. O raio mencionado acima não é uma superfície física, é apenas a distância do centro onde a velocidade de escape (quão rápido você precisaria viajar para escapar) é igual à velocidade da luz, e isso é chamado de Raio de Schwarzschild ou horizonte de eventos. Isso significa que buracos negros são realmente negros porque sua gravidade é tão forte que a luz fica presa dentro desse raio. A física não consegue explicar completamente o que realmente acontece dentro de um buraco negro. A relatividade geral dá a resposta absurda de que o conteúdo do buraco negro é comprimido em um ponto infinitamente denso com volume zero. A física quântica também não tem uma explicação completa, ainda.
Embora seus interiores sejam um mistério, a física pode explicar o que acontece do lado de fora dos buracos negros – mesmo que o que acontece lá seja extremo. Buracos negros podem puxar material de estrelas próximas em um processo chamado "acreção", levando-o a temperaturas superaquecidas – tão quentes que brilham intensamente em raios X. Quando não estão se acretando, são mais ou menos completamente invisíveis, mas deixam algumas pistas que podem nos ajudar a encontrá-los.
Os buracos negros escondidos da Galáxia
Muitas estrelas não estão sozinhas. Frequentemente, elas estão pareadas no que são chamados de sistemas "binários" ("binário" significa que há duas delas) com duas estrelas orbitando uma a outra. Às vezes, elas estão em grupos ainda maiores, todas unidas pela gravidade.
A maioria das estrelas que são massivas o suficiente para criar buracos negros estão em sistemas binários. Mas quando uma estrela colapsa para formar um buraco negro, suas camadas externas explodem em uma supernova poderosa. Então o que acontece com a outra estrela durante a explosão?
Você pensaria que a força da explosão da supernova destruiria a outra estrela, ou pelo menos a empurraria para longe do novo buraco negro, de modo que ambas acabariam sozinhas. Às vezes, ambas as coisas podem acontecer, mas frequentemente a gravidade é mais forte do que a explosão, de modo que a outra estrela não apenas sobrevive, mas a estrela e o novo buraco negro acabam orbitando um ao outro.
É em sistemas como este – binários contendo uma estrela e um buraco negro – que achamos que a maioria dos buracos negros da Galáxia deveria estar. Alguns sistemas como este são conhecidos (cerca de 70 deles), mas quase todos eles só foram descobertos porque o buraco negro está perto o suficiente da estrela para se acretar, então somos capazes de ver a assinatura óbvia de raios X que nos diz que o buraco negro está lá. O problema é que a maioria dos buracos negros não está se acretando na maior parte do tempo. Alguns buracos negros silenciosos foram encontrados graças às medições precisas da missão Gaia – mas deve haver mais de 10 milhões deles no total! São muitos buracos negros que estão faltando, escondidos de nós porque não emitem luz.
Auto-lente: um método para localizar buracos negros ocultos
Os buracos negros que estamos procurando podem ser invisíveis, mas ainda há alguns truques que podemos usar para procurá-los. Os buracos negros não emitem luz, mas ainda afetam seus arredores por meio de sua gravidade. O que estamos procurando neste projeto é um efeito que a gravidade do buraco negro pode ter na luz de sua estrela companheira, chamado de lente gravitacional.
Se a estrela e o buraco negro estiverem alinhados de modo que o buraco negro ocasionalmente passe entre a estrela e nós, então a gravidade do buraco negro pode dobrar a luz da estrela, agindo como uma lente de aumento e fazendo com que a estrela pareça mais brilhante.
Figura 1: A luz de uma estrela é ampliada quando o buraco negro passa na frente dela. Isso cria um pico distinto na curva de luz.
E é isso que estamos procurando! Temos milhões de medições de estrelas para que possamos ver se o brilho delas muda repentinamente. Mas precisamos da sua ajuda – os eventos de microlente serão muito raros (já que tudo tem que estar alinhado corretamente), e há outras coisas que podem fazer as estrelas parecerem brevemente mais brilhantes (como flares e pulsações). Precisamos da sua ajuda para encontrar os buracos negros entre todo o resto!
Como você pode ajudar
Tudo o que precisamos que você faça é olhar alguns gráficos simples, como o abaixo, e nos dizer se você vê algo que se pareça com um formato de pico distinto. Esses gráficos são chamados de curvas de luz, e eles mostram o quão brilhante uma estrela em particular era cada vez que era medida. Estamos procurando por momentos em que uma estrela de repente fica mais brilhante por um tempo e depois volta ao normal.
Quando você encontrar algo parecido com isso, apenas destaque no gráfico. Não se preocupe em cometer um erro e não se preocupe em estar errado! Vamos mostrar cada um para várias pessoas e colocaremos suas respostas juntas, então quaisquer erros serão contabilizados nos resultados finais.
Assim que tivermos um conjunto final de resultados, usaremos isso para criar uma pequena lista de candidatos que podemos investigar mais a fundo. Existem outros tipos de medições que podemos fazer de cada estrela para tentar confirmar se há um buraco negro ali (por exemplo, podemos medir com muita precisão se a estrela está se movendo). Essas medições levam muito tempo, o que significa que são caras de fazer e não podemos fazê-las para todas as estrelas – é por isso que ter uma boa lista para começar é uma grande ajuda!
Você pode estar se perguntando por que precisamos de você para fazer isso, em vez de ter um computador para fazer isso. A resposta curta é que os computadores são bons em algumas coisas e os humanos são bons em outras. Ao combinar o trabalho de humanos e computadores, podemos fazer uma busca melhor do que faríamos com qualquer um deles sozinho. Podemos treinar computadores para encontrar todos os exemplos mais óbvios, mas achamos que as pessoas — você! — serão melhores em encontrar os mais difíceis de detectar. O que seria muito difícil para um computador deve ser bem fácil para você.
De onde vêm nossos dados
As medições com as quais estamos trabalhando no momento vêm do satélite espacial Transiting Exoplanet Survey Satellite, ou TESS. O satélite TESS está em órbita desde 2018 em uma missão para encontrar planetas fora do nosso sistema solar (conhecidos como exoplanetas) procurando por pequenas diminuições no brilho conforme os planetas passam na frente de suas estrelas. Isso é muito semelhante ao que estamos procurando, o que torna os dados do TESS ideais para o nosso trabalho.
Antes de começar com os dados do TESS, fizemos uma busca semelhante usando dados de uma pesquisa terrestre chamada SuperWASP. Assim como o TESS, o SuperWASP também foi uma busca de exoplanetas que ocorreu de 2004 a 2016. Os resultados da nossa busca do SuperWASP ainda estão sendo analisados e devem ser publicados em breve.