Telescópios de raios-X encontram evidências de buraco negro errante

Imagem de campo largo que mostra, parcialmente, a região conhecida como Faixa Estendida de Groth. Uma das galáxias aí presente, GJ1417+52, parece albergar na sua periferia o buraco negro de uma galáxia mais pequena, que colidiu e se fundiu com a galáxia maior. A inserção da esquerda mostra uma ampliação da galáxia e a inserção da direita mostra uma imagem obtida pelo Chandra em raios-X da mesma área ampliada. Crédito: raios-X - NASA/CXC/UNH/D. Lin et al; ótico - NASA/STScI

Astrônomos usaram o Observatório de raios-X Chandra da NASA e o observatório de raios-X XMM-Newton da ESA para descobrir uma fonte de raios-X extremamente luminosa e variável localizada fora do centro da sua galáxia hospedeira. Este objeto peculiar pode ser um buraco negro errante oriundo de uma pequena galáxia que caiu para uma galáxia maior. Os astrónomos pensam que os buracos negros supermassivos, alguns com cerca de 100.000 a 10 mil milhões de vezes a massa do Sol, estão nos centros da maioria das galáxias. Existem também evidências para a existência dos chamados buracos negros de massa intermédia, que têm massas inferiores que variam entre cerca de 100 até 100.00 vezes a massa do Sol.

Ambos estes tipos de objetos podem ser encontrados longe do centro de uma galáxia, após uma colisão ou fusão com outra galáxia que contém um buraco negro massivo. À medida que as estrelas, gás e poeira da segunda galáxia movem-se através da primeira, o seu buraco negro move-se com ela. Um novo estudo relata a descoberta de um destes buracos negros "errantes" na direção da orla da galáxia lenticular SDSS J141711.07+522540.8 (ou GJ1417+52 para abreviar), localizada a aproximadamente 4,5 mil milhões de anos-luz da Terra.

Este objeto, conhecido como XJ1417+52, foi descoberto durante longas observações de uma região especial, chamada Faixa Estendida de Groth, com dados do XMM-Newton e do Chandra obtidos entre 2000 e 2002. O seu brilho extremo faz com que seja provavelmente um buraco negro com uma massa estimada em cerca de 100.000 vezes a massa do Sol, assumindo que a força de radiação na matéria em redor é igual à força gravitacional. O painel principal mostra uma imagem visível de campo largo obtida com o Telescópio Espacial Hubble. O buraco negro e a sua galáxia hospedeira estão localizados dentro da caixa no canto superior esquerdo.

 A inserção da esquerda contém uma ampliação de GJ1417+52 pelo Hubble. Dentro desta inserção, o círculo mostra uma fonte pontual na periferia norte da galáxia que poderá estar associada com XJ1417+52. A inserção da direita é uma imagem de raios-X de XJ1417+52 obtida com o Chandra, cobrindo a mesma região que a ampliação do Hubble. Esta é uma fonte pontual, sem evidências vistas de uma emissão prolongada de raios-X.

As observações do Chandra e do XMM-Newton mostram que o "output" de raios-X de XJ1417+52 é tão alto que os astrónomos classificam este objeto como uma "fonte de raios-X hiper-luminosa". Estes são objetos 10.000 a 100.000 vezes mais luminosos em raios-X do que os buracos negros estelares e 10 a 100 vezes mais poderosos do que as fontes de raios-X ultraluminosas. No seu pico, XJ1417+52 é cerca de 10 vez mais luminoso do que a fonte de raios-X mais brilhante já avistada para um buraco negro errante. Também está cerca de 10 vezes mais distante do que o detentor anterior do recorde para buraco negro errante.

A brilhante emissão de raios-X deste tipo de buraco negro vem do material que cai em direção a ele. Os raios-X de XJ1417+52 atingiram um brilho máximo entre 2000 e 2002. A fonte não foi detetada em observações posteriores pelo Chandra e pelo XMM-Newton obtidas em 2005, 2014 e 2015. No geral, o brilho de raios-X da fonte diminuiu, pelo menos, por um factor de 14 entre 2000 e 2015. Os autores teorizam que a explosão de raios-X vista em 2000 e 2002 ocorreu quando uma estrela passava demasiado perto do buraco negro e foi dilacerada por forças de maré. Alguns dos escombros gasosos teriam sido aquecidos e tornados brilhantes em raios-X enquanto caiam na direção do buraco negro, provocando o pico de emissões.

A localização e brilho da fonte ótica na imagem do Hubble, que poderá estar associada com XJ1417+52, sugere que o buraco negro poderá ter, originalmente, pertencido a uma galáxia pequena que chocou com a maior galáxia GJ1417+52, despojando a maioria das estrelas da galáxia, mas deixando para trás o buraco negro e as suas estrelas vizinhas no centro da pequena galáxia. Caso esta ideia esteja correta, o que é vemos na imagem do Hubble são as estrelas circundantes.

O artigo, escrito por Dachend Lin (Universidade de New Hampshire) e colegas, que descreve este resultado, foi publicado na revista The Astrophysical Journal e está disponível online.