A busca por sementes de buracos negros supermassivos

A galáxia NGC 4395 é mostrado aqui em luz infravermelha, capturada pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech

Como cresce um buraco negro supermassivo que um milhão, ou até mesmo, um bilhão de vezes mais massivo que o Sol? Os astrônomos não sabem a resposta, mas um novo estudo usando dados do Wide-field Infrared Survey Explorer, ou WISE da NASA, tem apontado para o que pode ser a semente cósmica de um buraco negro que irá aflorar. Os resultados estão ajudando os cientistas a juntarem as peças da evolução de buracos negros supermassivos – poderosos objetos que dominam o coração de todas as galáxias. Fazer crescer um buraco negro não é algo fácil como uma planta, que tem sua semente plantada no solo, e regando ela germina. Os objetos massivos são densas coleções de matéria que são literalmente, buracos sem fundo, de onde nada consegue escapar.

Eles aparecem numa grande variedade de tamanhos. Os menores, são poucas vezes mais massivos que o Sol, e se formam a partir de estrelas que explodem. Os maiores, são bilhões de vezes mais massivos que o Sol, e crescem junto com as galáxias que os abrigam, com tempo, no fundo de seus interiores. Mas como esse processo funciona, é ainda um mistério. Pesquisadores usando o WISE endereçaram essa questão procurando por buracos negros em galáxias anãs, menores. Essas galáxias não passam por muita mudança, assim elas são mais clamas do que suas contrapartidas mais pesadas. De alguma maneira, elas lembram os tipos de galáxias que podem ter existido quando o universo era jovem, e assim elas oferecem uma pista sobre os berçários de buracos negros.

Nesse novo estudo, usando dados de todo o céu, obtidos pelo WISE na luz infravermelha, centenas de galáxias anãs foram descobertas onde os buracos negros enterrados podem estar escondidos. A luz infravermelha, o tipo de luz que o WISE coleta, pode atravessar a poeira, diferente da luz visível, assim ela é melhor para encontrar buracos negros escondidos e empoeirados. Os pesquisadores encontraram que os buracos negros das galáxias anãs, podem ser em torno de 1000 a 10000 vezes mais massivos que o nosso Sol – maior do que se esperava para essas galáxias pequenas.

“Nossas descobertas sugerem que as sementes originais dos buracos negros supermassivos já sejam muito massivas”, disse Shobita Satyapal, da George Mason University, em Fairfax, Va. Satyapal é o principal autor do artigo publicado na edição de Março de 2014 do Astrophysical Journal. Daniel Stern, um astrônomo especializado em buracos negros no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, na Califórnia, que não fez parte do estudo, disse que a pesquisa demonstra o poder de uma pesquisa de todo o céu como o WISE para encontrar os buracos negros mais raros. “Embora seja necessário mais pesquisa para confirmar se as galáxias anãs são de fato dominadas por buracos negros que se alimentam ativamente, isso é exatamente para o que o WISE foi desenhado: encontrar objetos interessantes que se destacam”.

As novas observações argumentam contra um popular teoria sobre o crescimento de buracos negros, que diz que os objetos ganham massa por meio das colisões de galáxias. Quando o nosso universo era jovem, era mais provável que as galáxias se chocassem e se fundissem. É então possível, nesse cenário, que os buracos negros dessas galáxias se fundissem também ganhando massa. Nesse cenário, os buracos negros supermassivos, crescem por meio de uma série de fusões galácticas.

A descoberta de buracos negros de galáxias anãs que são maiores do que o esperado, sugere que as fusões de galáxias não eram necessárias para criar grandes buracos negros. As galáxias anãs não têm um uma história de fusões galácticas, e mesmo assim seus buracos negros são relativamente grandes. Ao invés disso, os buracos negros supermassivos podem ter se formado bem no começo da história do universo. Ou, eles podem ter crescido de maneira harmoniosa com suas galáxias hospedeiras, alimentando-se do gás ao redor. Nós ainda não sabemos como os buracos negros monstruosos que residem no centro das galáxias se formaram”, disse Satyapal. “Mas encontrar grandes buracos negros em galáxias pequenas nos mostra que grandes buracos negros precisam de alguma foram terem sido criados, no início do universo, antes de galáxias colidirem com outras galáxias”.

Os outros autores do estudo, são: N.J Secrest, W. McAlpine, e J.L. Rosenberg da George Mason University, S. L. Ellison, da University of Victoria, no Candá e J. Fischer do Naval REsearch Laboratory em Washington. O WISE foi colocado em modo de hibernação depois de ter completado sua missão primária em 2011. Em Setembro de 2013 ele foi reacordado, e teve sua missão renomeada para NEOWISE, com o objetivo voltado para auxiliar a NASA nos esforços para identificar a população de objetos próximos da Terra, potencialmente perigosos. A missão NEOWISE também irá caracterizar asteroides conhecidos anteriormente e cometas para melhor entender seus tamanhos e suas composições.

O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, na Califórnia, gerencia e opera a missão NEOWISE para o Science Mission Directorate da NASA. A missão WISE foi selecionada competitivamente sob o Explores Program da NASA gerenciado pelo Goddard Space Flight Center da agência, em Greenbelt, Md. Os instrumentos científicos foram construídos pela empresa Space Dynamics Laboratory, em Logan, Utah. A sonda foi construída peal Ball Aerospace & Technologies Corp. em Boulder, no Colorado. As operações científicas e o processamento de dados é realizado no Infrared Processinge and Analysis Center no Instituto de Tecnoloiga da Califórnia em Pasadena.