Astrônomos perseguem buraco negro supermassivo em fuga

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Impressão artística de um buraco negro em fuga. Créditos: raios-X – NASA/CXC/NRAO/D.-C. Kim; ótico – NASA/STScI; ilustração – NASA/CXC/M. Weiss

Em geral, os buracos negros supermassivos são objetos estacionários, residentes habituais nos núcleos da maioria das galáxias. Em contrapartida, através dos dados fornecidos pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA e outros telescópios, os astrônomos recentemente caçaram o que deve ser um buraco negro supermassivo em fuga.

Contudo, esse possível buraco negro desertor, que possui cerca de 160 milhões de vezes a massa do nosso Sol, está localizado em uma galáxia elíptica a cerca de 3,9 bilhões de anos-luz da Terra. Os astrônomos estão interessados nestes buracos negros supermassivos em movimento porque podem revelar mais sobre as propriedades destes objetos enigmáticos.

Este buraco negro pode ter “recuado”, na terminologia usada pelos cientistas, quando dois buracos negros supermassivos menores colidiram e se fundiram para formar um objeto ainda maior. Ao mesmo tempo, essa colisão teria produzido ondas gravitacionais, emitidas mais fortemente em uma dada direção do que em outras. Este buraco negro recém-formado recebeu um impulso na direção oposta dessas ondas gravitacionais mais fortes. Este “chute” gravitacional teria empurrado o buraco negro para fora do centro da galáxia, conforme ilustrado na ilustração da imagem em destaque.

A força do empurrão gravitacional depende da velocidade e direção da rotação dos dois buracos negros menores antes de se fundirem. Portanto, podem ser obtidas informações sobre estas propriedades importantes, mas elusivas, através do estudo da velocidade de recuo dos buracos negros.

Os astrônomos encontraram este candidato a buraco negro supermassivo em fuga garimpando os dados óticos e de raios-X de milhares de galáxias. Primeiro, usaram observações do observatório espacial de altas energias Chandra para selecionar galáxias que continham uma brilhante fonte de raios-X e que haviam sido observadas como parte do recenseamento SDSS (Sloan Digital Sky Survey). A brilhante emissão de raios-X é uma característica comum dos buracos negros supermassivos em rápido crescimento.

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Buraco negro em fuga detectado pelo Chandra (raios-X) e SDSS (ótico): à direita vemos em raios-X e à esquerda no visível.

Em seguida, os pesquisadores procuraram analisar se as observações destas galáxias luminosas em raios-X, através do Telescópio Espacial Hubble, revelavam nas imagens óticas dois picos perto do seu centro. Estes dois picos podiam mostrar a presença de um par de buracos negros supermassivos ou que um buraco negro em retrocesso se tinha afastado do aglomerado de estrelas no centro da galáxia.

Se esses critérios fossem atingidos, então os astrônomos passariam para a análise do espectro do SDSS, que mostra como a quantidade de luz visível varia com o comprimento de onda. Se os pesquisadores encontrassem sinais indicadores, nos espectros, da presença de um buraco negro supermassivo, continuariam a investigação com um exame ainda mais detalhado dessas galáxias.

Depois de toda a busca, foi descoberto um bom candidato para buraco negro em retrocesso. A imagem esquerda da inserção foi fornecida a partir de dados do Hubble, que mostra dois pontos brilhantes perto do meio da galáxia. Um deles está localizado no centro da galáxia e o outro a cerca de 3.000 anos-luz do centro. A última fonte mostra as propriedades de um buraco negro supermassivo crescente e a sua posição coincide com a de uma fonte de raios-X brilhante detectada com o Chandra (imagem à direita da inserção). Usando dados do SDSS e do telescópio Keck no Havaí, a equipe determinou que o buraco negro crescente localizado perto, mas visivelmente deslocado do centro da galáxia, tem uma velocidade diferente da sua galáxia hospedeira. Estas propriedades sugerem que esta fonte poderá ser um buraco negro supermassivo em fuga.

A galáxia que hospeda este possível buraco negro em recuo também mostra algumas evidências de perturbação nas regiões externas, o que é uma indicação que poderia ter ocorrido uma fusão entre duas galáxias em um passado relativamente recente. Dado que se pensa que as fusões entre buracos negros supermassivos ocorram quando as galáxias-mãe se fundem, esta informação suporta a ideia de um buraco negro em retrocesso no sistema.

Além disso, existe uma alta formação estelar nessa galáxia, estimada na criação de várias centenas de vezes a massa do Sol por ano. Isto está de acordo com as simulações de computador, que preveem que as taxas de formação estelar podem ser elevadas para galáxias em fusão, particularmente aquelas que contêm buracos negro em recuo.

Outra explicação possível para os dados analisados é que os dois buracos negros supermassivos estão localizados no centro da galáxia, mas um deles não a produzindo radiação detectável porque está crescendo muito lentamente. Os cientistas favorecem a explicação do buraco negro em retrocesso, mas são necessários mais dados para fortalecer este cenário.

O artigo intitulado “A Potential Recoiling Supermassive Black Hole CXO J101527.2+625911” que descreve os resultados será publicado em The Astrophysical Journal.