Peso-pesado no coração da galáxia central do enxame Abell 85

Imagem do enxame de galáxias Abell 85 obtida no Observatório Wendelstein da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique. A brilhante galáxia central Holm 15A tem um núcleo estendido. Uma equipa de astrónomos do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e do Observatório da Universidade de Munique foi capaz de usar novos dados para medir diretamente a massa do buraco negro central desta galáxia: tem 40 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol. Crédito: Matthias Kluge/USM/MPE

No espaço, os buracos negros têm diferentes tamanhos e massas. O recorde é agora detido por um tal objeto no enxame de galáxias Abell 85, onde um buraco negro ultramassivo com 40 mil milhões de vezes a massa do Sol fica no meio da galáxia central Holm 15A. Os astrónomos do grupo de investigação de Ralf Bender, no Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e no Observatório da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique, descobriram-no analisando dados fotométricos e novas observações espectrais com o VLT (Very Large Telescope). 

Embora a galáxia central do enxame Abell 85 tenha uma enorme massa visível de aproximadamente 2 biliões de massas solares em estrelas, o centro da galáxia é extremamente difuso e ténue. É por isso que um grupo de astrónomos do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e do Observatório da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique se interessou pela galáxia. Esta região difusa central na galáxia é quase tão grande quanto a Grande Nuvem de Magalhães, e esta era uma pista suspeita da presença de um buraco negro com uma massa muito alta.

O enxame de galáxias Abell 85, que consiste em mais de 500 galáxias individuais, está a uma distância de 700 milhões de anos-luz da Terra, o dobro da distância para medições diretas anteriores da massa de buracos negros. "Existem apenas algumas dúzias de medições diretas da massa de buracos negros supermassivos, e nunca antes foi tentada a uma distância tão grande," explica o cientista Jens Thomas, que liderou o estudo. "Mas nós já tínhamos uma ideia do tamanho do buraco negro nesta galáxia em particular, de modo que tentámos."

Os novos dados obtidos no Observatório Wendelstein da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique e com o instrumento MUSE no VLT permitiram à equipa realizar uma estimativa da massa baseada diretamente nos movimentos estelares em redor do núcleo da galáxia. Com uma massa de 40 mil milhões de massas solares, este é o buraco negro mais massivo conhecido hoje no Universo local. "É várias vezes maior do que o esperado a partir de medições indiretas, como a massa estelar ou a dispersão da velocidade das estrelas," observa Roberto Saglia, cientista sénior do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e professor na Universidade Ludwig-Maximilians.

O perfil de luz da galáxia mostra um centro com um brilho superficial extremamente baixo e muito difuso, muito mais ténue do que outras galáxias elípticas. "O perfil de luz no núcleo interno é também muito plano," explica o estudante de doutoramento Kianusch Mehrgan, que realizou parte da análise dos dados. "Isto significa que a maioria das estrelas no centro deve ter sido expulsa devido a interações durante fusões anteriores."

Na visão mais aceite, os núcleos destas galáxias elípticas tão massivas formam-se por meio de uma fusão entre duas galáxias, onde as interações gravitacionais da fusão dos seus buracos negros supermassivos levam a "fisgas" gravitacionais que expelem estrelas em órbitas predominantemente radiais do centro da galáxia remanescente. Se não existir gás no centro para formar novas estrelas - como nas galáxias mais jovens - isto leva a um núcleo esgotado.

"A mais recente geração de simulações por computador de fusões galácticas deu-nos previsões que, de facto, correspondem bastante bem às propriedades observadas," afirma Jens Thomas, que também forneceu os modelos dinâmicos. "Estas simulações incluem interações entre estrelas e um buraco negro binário, mas o ingrediente crucial são duas galáxias elípticas que já possuem núcleos empobrecidos. Isto significa que a forma do perfil de luz e as trajetórias das estrelas contêm informações arqueológicas valiosas sobre as circunstâncias específicas da formação do núcleo nesta galáxia - bem como noutras galáxias muito massivas."

No entanto, mesmo com esta história invulgar de fusão, os cientistas podem estabelecer uma nova e robusta relação entre a massa do buraco negro e o brilho superficial da galáxia: o buraco negro ganha massa a cada fusão e o centro da galáxia perde estrelas. Os astrónomos podem usar esta relação para estimar a massa de buracos negros em galáxias mais distantes, onde medições diretas dos movimentos estelares próximos o suficiente do buraco negro não são possíveis.