VENDO A DOBRAR: Cientistas encontram pares de buracos negros gigantes

Ilustração de um par de buracos negros supermassivos.Crédito: NASA/CXC/A. Hobart

Os astrónomos identificaram uma colheita abundante de buracos negros supermassivos duplos nos centros de galáxias. Esta descoberta pode ajudar os astrónomos a melhor compreender como os buracos negros gigantes crescem e como podem produzir as mais fortes ondas gravitacionais do Universo. As novas evidências revelam cinco pares de buracos negros supermassivos, cada contendo milhões de vezes a massa do Sol. Estes pares de buracos negros formaram-se quando duas galáxias colidiram e se fundiram umas com as outras, forçando a aproximação entre os seus buracos negros supermassivos.

Os pares de buracos negros foram descobertos através da combinação de dados de vários observatórios, incluindo o Observatório de raios-X Chandra, do WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) e do LBT (Large Binocular Telescope). Os astrónomos já encontraram buracos negros individuais por todo o Universo," afirma Shobita Satyapal, da Universidade George Mason em Fairfax, no estado norte-americano da Virgínia, que liderou um dos dois artigos que descreve estes resultados. "Mas, embora tenhamos previsto que cresçam rapidamente quando estão em interação, os buracos negros supermassivos duplos têm sido difíceis de encontrar."

Antes deste estudo conheciam-se menos de dez pares confirmados de buracos negros, graças a estudos de raios-X e com base principalmente em deteções fortuitas. Para realizar uma pesquisa sistemática, a equipa teve que examinar cuidadosamente os dados de telescópios que detetam diferentes comprimentos de onda da luz.
Começando com o projeto Galaxy Zoo, os investigadores usaram dados óticos do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) para identificar galáxias onde parecia que havia uma fusão entre duas galáxias menores. A partir deste conjunto, selecionaram objetos cuja separação entre os centros das duas galáxias nos dados do SDSS era inferior a 30.000 anos-luz, e cujas cores infravermelhas dos dados do WISE correspondiam àquelas previstas para um buraco negro supermassivo em rápido crescimento.


Este gráfico mostra dois dos cinco novos pares de buracos negros supermassivos recentemente identificados por astrónomos através de uma combinação de dados do Observatório de raios-X Chandra, do WISE e do LBT. Crédito: raios-X (J122104) - NASA/CXC/Universidade George Mason/S. Satyapal et al.; raios-X (J140737) - NASA/CXC/Universidade de Victoria/S. Ellison et al.; ótico - SDSS; Ilustração - NASA/CXC/A. Hobart

Com esta técnica, encontraram sete sistemas em fusão com pelo menos um buraco negro supermassivo. Dado que a forte emissão de raios-X é uma característica dos buracos negros supermassivos em crescimento, Satyapal e colegas observaram estes sistemas com o Chandra. Encontraram pares íntimos de fontes de raios-X em cinco desses sistemas, fornecendo evidências convincentes de que contêm dois buracos negros supermassivos em crescimento (ou a alimentarem-se). Tanto os dados de raios-X do Chandra como as observações infravermelhas sugerem que os buracos negros supermassivos estão "enterrados" em grandes quantidades de gás e poeira.

"O nosso trabalho mostra que a combinação de uma seleção infravermelha com acompanhamento de raios-X é uma maneira muito eficaz para encontrar estes pares de buracos negros," comenta Sara Ellison da Universidade de Victoria, no Canadá, que liderou o outro artigo científico que descreve estes resultados. "Os raios-X e a deteção infravermelha são capazes de penetrar as nuvens obscuras de gás e poeira que rodeiam estes pares de buracos negros, sendo depois necessária a visão nítida do Chandra para os separar."

O artigo liderado por Ellison usou dados óticos adicionais do levantamento MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory) para identificar um dos novos pares de buracos negros. Um membro deste buraco negro binário é particularmente poderoso, tendo a maior luminosidade em raios-X já observada, até à data, com o Chandra num par de buracos negros. Este trabalho tem implicações para o campo crescente da astrofísica de ondas gravitacionais. Enquanto que os cientistas que utilizam o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) já detetaram sinais da fusão de buracos negros, estes buracos negros são da variedade mais pequena, com massas entre oito e 36 vezes a massa do Sol.

Os buracos negros em fusão nos centros das galáxias são muito maiores. Quando estes buracos negros supermassivos se atraem uns aos outros, começam a produzir ondas gravitacionais. A eventual fusão de dois buracos negros supermassivos leva à formação de um buraco negro ainda maior. Este processo produziria uma quantidade surpreendente de energia quando parte da massa fosse convertida em ondas gravitacionais. É importante compreender quão comuns são os pares de buracos negros supermassivos, para ajudar a prever os sinais dos observatórios de ondas gravitacionais," comenta Satyapal. "Com as experiências já existentes e com as prestes a chegar, esta é uma altura emocionante para investigar a fusão de buracos negros. Estamos nos estágios iniciais de uma nova era na exploração do Universo."

O LIGO não é capaz de detetar ondas gravitacionais oriundas de pares de buracos negros supermassivos. Ao invés, redes como o NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) estão atualmente a realizar essas pesquisas. No futuro, o projeto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) também poderá procurar estas ondas gravitacionais. Quatro dos candidatos a buraco negro duplo foram divulgados num artigo por Satyapal et al., recentemente aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal, e está disponível online. O outro candidato a buraco negro duplo foi divulgado num artigo por Ellison et al., publicado na edição de setembro de 2017 da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, também disponível online.