Um buraco negro supermassivo quase recordista (equivalente a 17 bilhões de sóis) foi descoberto em uma área escassa e improvável do universo local. Isto indica que estes objetos-monstro podem ser mais comuns do que se pensava, de acordo com astrônomos da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
Esta imagem simulada por computador mostra um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia. A região de preto no centro representa horizonte de eventos do buraco negro, onde nenhuma luz pode escapar aperto gravitacional do objeto maciço. poderosa gravidade do buraco negro distorce o espaço em torno dele como um espelho de parque de diversões. A luz de estrelas de fundo é esticada e manchadas a medida que as estrelas orbitam pelo buraco negro. Créditos: NASA, ESA, e D. Coe, J. Anderson, e R. van der Marel (STScI)
Até agora, os maiores buracos negros supermassivos – aqueles com massas em torno de 10 bilhões de vezes maior do que o nosso Sol – foram encontrados nos núcleos de grandes galáxias em regiões carregadas com outras galáxias grandes. O detentor do recorde atual, descoberto no Aglomerado de Coma pela equipe UC Berkeley em 2011 – com cerca de 21 bilhões de massas solares – e está listado no Guinness Book of World Records.
O buraco negro recém-descoberto está em uma galáxia, NGC 1600, na parte oposta do céu do Aglomerado Coma em um deserto relativo, disse o líder da equipe da descoberta, Chung-Pei Ma, professor de astronomia na UC Berkeley e o líder do MASSIVE, um estudo das galáxias massivas e buracos negros no universo local com o objetivo de compreender como se formam e crescem esses objetos supermassivos.
É normal encontrar um buraco negro gigantesco em uma galáxia maciça em uma área lotada do universo – é como ver um em cima de arranha-céus em Manhattan – mas, com essa descoberta, é como se vessemos um desses nos telhados de uma cidade pequena, no caso do Universo, em uma galáxia pequena ou média.
“Grupos de galáxias ricas como o Aglomerado Coma são muito, muito raros, mas existem muito poucas galáxias do tamanho da NGC 1600 que residem em grupos de galáxias de tamanho médio”, disse Ma. “Portanto, a questão agora é, ‘Esta é a ponta de um iceberg? Talvez existam muito mais buracos negros monstro lá fora, que não vivem em arranha-céus em Manhattan, mas em um edifício alto em algum lugar nas planícies do meio-oeste.”
Enquanto o buraco negro descoberto em 2011 na galáxia NGC 4889 no Aglomerado Coma foi estimado para ter um limite máximo de 21 bilhões de massas solares, a sua gama de possíveis massas era grande: entre 3 bilhões e 21 bilhões de sóis. A estimativa de 17 bilhões de massas solares para o buraco negro central em NGC 1600 é muito mais precisa, com uma gama (desvio padrão) de 15,5 para 18,5 mil milhões de massas solares.
Curiosamente, as estrelas em torno do centro da NGC 1600 estão se movendo como se o buraco negro fosse um binário. Buracos negros binários são esperados para serem comuns em grandes galáxias, uma vez que as galáxias estão pensados para crescer através da fusão com outras galáxias, cada uma das quais, presumivelmente, trazem um buraco negro central com ele. Esses buracos negros provavelmente afundam-se no núcleo da nova e maior galáxia e, depois de uma dança orbital, fundem-se com a emissão de ondas gravitacionais. A proposta do Evolved Laser Interferometer Space Antenna, ou eLISA, foi detectar ondas gravitacionais produzidas pela fusão de buracos negros maciços, enquanto outros grupos estão procurando evidências de ondas gravitacionais de massa fusões de buracos negros em falhas de nanossegundos nos flashes precisamente cronometrados de pulsares de milissegundos
Ma e seus colegas irão relatar a descoberta do buraco negro, que está localizado a cerca de 200 milhões de anos-luz da Terra na direção da constelação Eridanus, na edição de 06 de abril da revista Nature .
Em busca de restos de quasares
Os buracos negros se formam quando a matéria se torna tão densa que nem mesmo a luz pode escapar de sua atração gravitacional. No início do universo, quando o gás era abundante, um punhado de buracos negros vorazes cresceu para se tornarem extremamente massivos, emitindo enormes quantidades de energia. Olhando para trás no tempo no universo distante, esses buracos negros supermassivos se parecem como quasares muito brilhantes. Como os astrônomos olham mais perto da Terra, no entanto, eles vêem galáxias com pouco gás – que já este se transformou em estrelas – e quasares. A mais maciça dessas galáxias locais podem, no entanto, abrigar quasares antigos em seus núcleos. Ma diz que os buracos negros monstro que sua equipe descobriu em 2011, NGC 4889 e NGC 3842, cada um pesando cerca de 10 bilhões de massas solares, podem ser quasares quiescentes.
Como NGC 1600 é uma galáxia de idade com pouca formação de novas estrelas, Ma suspeita que ela, também, pode abrigar um quasar antigo que uma vez brilhou intensamente, mas agora está dormindo. Seria o primeiro descoberto em uma região pouco povoada do universo local, disse ele.
“Os quasares mais brilhantes, que provavelmente hospedam os buracos negros de maior massa, não têm necessariamente de viver em regiões mais densas do universo”, disse ela. “NGC 1600 é o primeiro buraco negro que vive fora de um ambiente rico no universo local, e pode ser o primeiro exemplo de um descendente de um quasar muito luminoso que também não vive em um local privilegiado.”
A Pesquisa MASSIVE foi financiada em 2014 pela National Science Foundation para pesar as estrelas, a matéria escura e os buracos negros centrais em 100 galáxias maciças, nas proximidades: aquelas maiores do que 300 bilhões de massas solares e dentro de 350 milhões de anos-luz da Terra, um região que contém milhões de galáxias. Entre seus objetivos é encontrar os descendentes de quasares luminosos que podem ser dormir em grandes galáxias próximas.
O buraco negro supermassivo encontrada em NGC 1600 é um dos primeiros sucessos do projeto, provando o valor de uma busca sistemática do céu noturno em vez de olhar somente em áreas densas como aqueles ocupados por grandes aglomerados de galáxias, como a Coma e o de Virgem. As novas descobertas combinam dados de imagem do telescópio e espectros Espacial Hubble tomada pelo telescópio Gemini, no Havaí e do Observatório McDonald, no Texas.
Com base no espectro do centro da NGC 1600, a maioria das estrelas dentro da esfera de influência do buraco negro – uma região de cerca de 3.000 anos-luz de raio – estão viajando em órbitas circulares ao redor do buraco negro, e muito poucas se deslocam radialmente para dentro ou para fora. É como se as estrelas em órbitas radiais para o buraco negro fossem penduradas a distância, disse Ma.
Este seria o caso somente se as estrelas mais próximas estiverem espalhando para fora de um par de buracos negros e estilingadas de distância, assim como sondas espaciais da NASA se “estilingam” em torno de outros planetas para movê-los mais rapidamente através do sistema solar.
A esfera de influência do buraco negro – a região em que a gravidade devido ao buraco negro vence, devido às estrelas visíveis – é muito maior do que o horizonte de eventos, o ponto de não retorno, que seria de cerca de oito vezes o tamanho da a órbita de Plutão para o buraco negro NGC1600.
“De alguma forma as estrelas foram afugentados do centro de galáxias de grande massa, e quer tinham medo de entrar, ou entrou e foi expulso”, disse Ma. As órbitas estelares ao redor do centro da NGC 1600 indicam este último, que “pode ser suporte para um buraco negro binário formado por uma fusão.”
Buracos negros binários e limpeza do núcleo
Como as estrelas atiraram para fora através da energia da seiva do buraco negro binário em órbita, os dois aproximam-se e eventualmente fundem-se. Se NGC 1600 contiver um binário buraco negro com uma massa combinada de 17 bilhões de sóis, em órbita a uma fração de um ano-luz de distância, as matrizes de temporização em curso terão uma chance de pegar ondas gravitacionais emitidas, disse Ma.
NGC 1600 sugere que uma característica-chave de uma galáxia com buracos negros binários em seu núcleo é que a região central, empobrecida de estrelas é o mesmo tamanho que a esfera de influência do par do buraco negro central, disse Ma. Imagens tiradas pelo Telescópio Espacial Hubble revelaram que o centro da NGC 1600 é excepcionalmente fraco, indicando uma falta de estrelas perto do buraco negro. A falta de estrelas próximas ao centro galáctico distingue galáxias massivas de galáxias elípticas padrão, que são muito mais brilhantes em seus núcleos.
“Uma pegada dinâmica de um buraco negro binário é a limpeza do núcleo”, disse Ma.
Esta assinatura irá ajudá Ma e seus colegas a refinarem a pesquisa em grande escala e de forma mais rápida encontrar os buracos negros supermassivos na vizinhança da Terra.
Phys.