Astrônomos identificaram uma colheita abundante de buracos negros supermaciços duplos nos centros de galáxias. A descoberta pode ajudar os astrônomos a entender melhor como os buracos negros gigantes crescem e como podem produzir as ondas gravitacionais mais fortes do Universo.
As novas evidências revelam cinco pares de buracos negros supermaciços, cada um contendo milhões de vezes a massa do Sol. Estes pares de buracos negros se formaram quando duas galáxias colidiram e se fundiram umas com as outras, forçando a aproximação entre seus buracos negros supermaciços.
Os pares de buracos negros foram descobertos através da combinação de dados de vários observatórios, incluindo o Observatório de raios-X Chandra, do WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) e do LBT (Large Binocular Telescope).
“Os astrônomos já encontraram buracos negros individuais por todo o Universo. Mas, embora tenhamos previsto que cresçam rapidamente quando estão em interação, os buracos negros supermaciços duplos têm sido difíceis de encontrar”, afirma Shobita Satyapal, da Universidade George Mason em Fairfax, no estado norte-americano da Virgínia, que liderou um dos dois artigos que descreve os resultados.
Antes deste estudo, eram conhecidos menos de dez pares confirmados de buracos negros, graças a estudos de raios-X e com base principalmente em detecções fortuitas. Para realizar uma pesquisa sistemática, a equipe teve que examinar cuidadosamente os dados de telescópios que detectam diferentes comprimentos de onda da luz.
Começando com o projeto Galaxy Zoo, os pesquisadores usaram dados óticos do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) para identificar galáxias onde parecia que havia uma fusão entre duas galáxias menores.
A partir deste conjunto, selecionaram objetos cuja separação entre os centros das duas galáxias nos dados do SDSS era inferior a 30 mil anos-luz, e cujas cores infravermelhas dos dados do WISE correspondiam àquelas previstas para um buraco negro supermaciço em rápido crescimento.
Com a técnica, encontraram sete sistemas em fusão com pelo menos um buraco negro supermaciço. Dado que a forte emissão de raios-X é uma característica dos buracos negros supermaciços em crescimento. Satyapal observou estes sistemas com o Chandra.
Encontraram pares íntimos de fontes de raios-X em cinco desses sistemas, fornecendo evidências convincentes de que contêm dois buracos negros supermaciços em crescimento (ou se alimentando).
Tanto os dados de raios-X do Chandra como as observações infravermelhas sugerem que os buracos negros supermaciços estão “enterrados” em grandes quantidades de gás e poeira.
“Nosso trabalho mostra que a combinação de uma seleção infravermelha com acompanhamento de raios-X é uma maneira muito eficaz para encontrar pares de buracos negros”, comenta Sara Ellison da Universidade de Victoria, no Canadá, que liderou o outro artigo científico que descreve os resultados.
“Os raios-X e a detecção infravermelha são capazes de penetrar as nuvens obscuras de gás e poeira que rodeiam os pares de buracos negros, sendo depois necessária a visão nítida do Chandra para separá-los”, completa.
O artigo liderado por Ellison usou dados óticos adicionais do levantamento MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory) para identificar um dos novos pares de buracos negros. Um membro deste buraco negro binário é particularmente poderoso, tendo a maior luminosidade em raios-X já observada até hoje, com o Chandra, em um par de buracos negros.
O trabalho tem implicações para o campo crescente da astrofísica de ondas gravitacionais. Enquanto que os cientistas que utilizam o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) já detectaram sinais da fusão de buracos negros, estes buracos negros são da variedade menor, com massas entre oito e 36 vezes a massa do Sol.
Os buracos negros em fusão nos centros das galáxias são muito maiores. Quando estes buracos negros supermaciços atraem uns aos outros, começam a produzir ondas gravitacionais. A eventual fusão de dois buracos negros supermaciços leva à formação de um buraco negro ainda maior.
Este processo produziria uma quantidade surpreendente de energia quando parte da massa fosse convertida em ondas gravitacionais.
“É importante compreender quão comuns são os pares de buracos negros supermaciços, para ajudar a prever os sinais dos observatórios de ondas gravitacionais. Com as experiências já existentes e com as prestes a chegar, esta é uma época emocionante para investigar a fusão de buracos negros. Estamos nos estágios iniciais de uma nova era na exploração do Universo”, comenta Satyapal.
O LIGO não é capaz de detectar ondas gravitacionais oriundas de pares de buracos negros supermaciços. Ao invés, redes como o NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) realizam atualmente essas pesquisas. No futuro, o projeto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) também poderá procurar ondas gravitacionais.
Quatro dos candidatos a buraco negro duplo foram divulgados em um artigo por Satyapal et al., recentemente aceito para publicação na revista The Astrophysical Journal, disponível online.
O outro candidato a buraco negro duplo foi divulgado em um artigo por Ellison et al., publicado na edição de setembro de 2017 da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, também disponível online.
Ciberia // ZAP
