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jul 06

Os buracos negros galácticos supermassivos são muito maiores do que pensávamos?

Super massive Black Holes Diagram

Correlação entre as massas do buracos negros centrais e dos bojos galácticos. Eixo X: massa do bojo central da galáxia. Eixo Y: massa do buraco negro supermassivo. Crédito: Tim Jones/UT-Austin after K. Cordes & S. Brown (STScI)

Através de novo modelo de simulação computacional, os astrônomos determinaram que o buraco negro supermassivo central da galáxia ativa M87 possui pelo menos duas vezes mais massa do que se pensava anteriormente: cerca de 6,4 bilhões de vezes a massa do Sol. A nova metodologia de medição sugere que as massas estimadas de outros buracos negros em grandes galáxias vizinhas podem estar também sub-dimensionadas. Tal estudo poderá trazer conseqüências para as teorias sobre como as galáxias se formam e crescem e pode ajudar aos astrônomos resolverem um antigo enigma sobre o paradoxo do desenvolvimento galáctico.

A descoberta foi anunciada anteontem na 214ª reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS). O achado é “importante para a relação entre os buracos negros e as galáxias,” disse o membro da equipe Jens Thomas do Instituto Max Planck para a Física Extraterrestre na Alemanha. “Se alteramos a massa do buraco negro, o modo como este se relaciona com a galáxia também muda”.

Devido a esta relação, este novo modelo de cálculo da massa dos buracos negros centrais poderá trazer fortes impactos nas teorias astronômicas que tentam explicar como as galáxias se formam e crescem.

M87 é a ‘âncora’ dos estudos de buracos negros supermassivos

M87 está a 50 milhões de anos-luz de distância. M87 é uma galáxia extremamente massiva e convenientemente próxima de nós (em termos astronômicos, é claro). Há quase três décadas atrás, foi uma das primeiras galáxias em que foi sugerida a existência de um buraco negro central. Assim, os astrônomos consideram que a maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea, têm buracos negros supermassivos nos seus centros.

A galáxia elíptica M87, seu jato de matéria e sua população de aglomerados globulares. Crédito: SDSS ( http://www.astro.princeton.edu/~rhl/PrettyPictures/ ). Clique na imagem para acessar a versão em alta resolução.

A galáxia elíptica M87, seu jato de matéria e sua população de aglomerados globulares. Crédito: SDSS ( http://www.astro.princeton.edu/~rhl/PrettyPictures/ ). Clique na imagem para acessar a versão em alta resolução.

M87 tem também um jato ativo que dispara radiação do núcleo galáctico, criado a partir da matéria em queda no disco de acresção que se aproxima do buraco negro e se acelera a velocidades relativísticas (próximas da velocidade da luz), que é então combinado a tremendos campos magnéticos. O material libertado ajuda os astrônomos a compreender como os buracos negros atraem e engolem matéria, um processo complexo e enigmático no qual parte da matéria é expulsa das vizinhanças do buraco negro, ou seja, não é tragada pela força gravitacional descomunal do buraco negro.

Todos estes fatores tornaram a M87 a “âncora para os estudos de buracos negros supermassivos”, disse Gebhardt.

Esta conclusão é “importante para sabermos como os buracos negros se relacionam com as galáxias”, afirma Thomas. “Se você altera a massa do buraco negro, você muda a forma com que este buraco negro se relaciona com sua galáxia”. Há uma forte relação entre a galáxia se seu buraco negro central que tem permitido aos pesquisadores testar a física que rege o crescimento das galáxias ao longo do tempo cósmico. Se redefinirmos e elevamos as massas dos buracos negros das galáxias massivas tal nos obriga a re-avaliar estes relacionamentos.

O enigma das massas dos quasares foi resolvido?

A tese sobre os buracos negros com grande massa também resolve o paradoxo das massas de galáxias ativas longínquas em desenvolvimento, os luminosos quasares. Estes misteriosos objetos do início do Universo são galáxias ativas em evolução muito brilhantes, com buracos negros violentos cercados de gás e poeira, borbulhando com formação estelar. Os quasares hospedam buracos negros supermassivos colossais, com cerca de 10 bilhões de vezes a massa do Sol, “mas nas galáxias locais, nunca tínhamos visto buracos negros [até agora] tão massivos, nem de perto,” afirma Gebhardt.

“Suspeitava-se que as massas dos quasares estavam erradas,” disse. Mas “se aumentamos a massa de M87 duas ou três vezes, agora o problema praticamente desaparece.”

Esses novos resultados para a M87, junto com evidências de outros estudos recentes e análises de verificação (os resultados serão publicados em breve), levaram os pesquisadores a suspeitar que as massas de todos os buracos negros centrais galácticos estão incorretas e subavaliadas.

Embora a nova massa de M87 seja baseada em um modelo de simulação computacional, as observações recentes com o Telescópio Gemini Norte no Hawaii e com o VLT do ESO no Chile suportam os seus achados.

O estudo completo da massa da galáxia M87 será também detalhado brevemente na revista científica Astrophysical Journal.

Karl Gebhardt é professor no Departmento de Astronomia da Universidade do Texas em Austin. Crédito da foto: McDonald Obs./UT-Austin

Karl Gebhardt é professor no Departmento de Astronomia da Universidade do Texas em Austin. Crédito da foto: McDonald Obs./UT-Austin

Os astrônomos Karl Gebhardt da universidade do Texas em Austin e Jens Thomas do Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics apresentaram suas intrigantes descobertas na conferência da AAS (American Astronomical Societ) em Pasadena, California.

Os estudos sobre as massas das galáxias são fundamentais:

Para tentar entender como as galáxias se formam e crescem, os astrônomos começam com informações básicas sobre as galáxias, tais como de que são feitas, qual seu tamanho e qual sua massa. Os astrônomos medem este último componente, a massa da galáxia, através da medição da velocidade das estrelas.

Estudos da massa total de galáxias são importantes, disse Thomas, mas o “ponto crucial é a determinação da distribuição da massa no buraco negro central, nas estrelas ou no halo de matéria escura. Você tem que rodar um modelo sofisticado para conseguir descobrir quem é quem. Quanto mais componentes se usa, mais complicado o modelo é”.

Na modelagem da M87, Gebhardt and Thomas usaram um dos mais poderosos super-computadores, o sistema Lonestar da universidade do Texas, no Austin’s Texas Advanced Computing Center.

Lonestar é um super-computador Dell (sistema operacional Linux) em cluster com 5.840 processadores (em 1.460 nós, cada um com 4 processadores), 11,68 terabytes de memória e 116,5 terabytes de espaço em disco local, que pode resolver 62,16 trilhões de operações de ponto-flutuante por segundo (para comparação lembramos que um notebook topo de linha hoje tem 2 processadores e consegue processar 10 bilhões de operações de ponto-flutuante por segundo).

O modelo da M87 criado por Gebhardt e Jens foi mais complexo que os modelos galácticos anteriores, pois em adição ao tratamento de suas estrelas e o buraco negro central e este novo modelo também considera o halo galáctico de matéria escura, uma região esférica que envolve a galáxia além de sua estrutura visível principal, e contém a misteriosa ‘matéria escura’ pertencente a galáxia.

“No passado, nós considerávamos o halo de matéria escura significativo, mas não tínhamos os recursos computacionais para bem explorá-los”, disse Gebhardt. “Antes, nós éramos capazes de usar apenas as estrelas e buracos negros. Ao adicionar ao modelo o halo de matéria escura, a carga computacional aumenta sensivelmente e você tem que partir para o uso de supercomputadores”.

O resultado direto obtido pela simulação executada pelo Lonestar foi que a massa recalculada na M87 é várias vezes maior que a massa estimada pelos modelos prévios. “Não estávamos à espera disto,” disse Gebhardt. Ele e Jens simplesmente queriam testar seu modelo em uma das “galáxias mais importantes lá de fora”.

O supercomputador Lonestar é um recurso do Texas Advanced Computing Center (TACC) na Universidade do Texas em Austin. Trata-se de umDell Linux cluster com 5,840 núcleos de processamento e uma performance de pico de 62 teraflops (62 trilhões de operações de ponto-flutuante por segundo). Crédito: TACC/UT-Austin

O supercomputador Lonestar é um recurso do Texas Advanced Computing Center (TACC) na Universidade do Texas em Austin. Trata-se de um equipamento Dell-Linux cluster com 5.840 núcleos de processamento e uma performance de pico de 62 teraflops (62 trilhões de operações de ponto-flutuante por segundo). Crédito: TACC/UT-Austin

Como observar os halos de matéria escura?

Para observações futuras dos halos galácticos de matéria escura, Gebhardt ressalta que o novo equipamento da universidade do Texas no observatório Mcdonald em Austin é perfeito. “Se você necessita estudar o halo para obter a massa do buraco negro não há melhor instrumento que o VIRUS-P”, ele disse. VIRUS-P é um espectrógrafo. Esse equipamento separa a luz de objetos astronômicos em diversos comprimentos de onda, criando uma assinatura que pode ser lida para se descobrir a distancia do objeto, sua velocidade, temperatura, movimento e mais.

VIRUS-P é bom para os estudos dos halos galácticos, pois ele lê o espectro de uma área bem ampla do céu, permitindo aos astrônomos alcançar níveis bem tênues de luz a grandes distâncias do centro galáctico onde o halo de matéria escura predomina. Ainda em fase de protótipo, esse instrumento foi construído para testar a tecnologia a ser embarcada no espectrógrafo de maior porte a ser usado pelo novo projeto Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX).

Fontes e referências:

ArXiv.com: The Black Hole Mass, Stellar M/L, and Dark Halo in M87 por Karl Gebhardt e Jens Thomas

Texas-Sized Computer Finds Most Massive Black Hole in Galaxy M87

Space.com: A Real Whopper: Black Hole Is Most Massive Known por Andrea Thompson

Universe Today: Super-Size Me: Black Hole Bigger Than Previously Thought por Nancy Atkinson

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5 menções

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