Buracos negros supermassivos encontrados em galáxias minúsculas

Astrónomos descobriram duas galáxias anãs ultracompactas, VUCD3 e M59cO, com buracos negros supermassivos. Os achados sugerem que as anãs são provavelmente remanescentes de galáxias maiores a quem foram retiradas as suas regiões externas depois de colidirem com as galáxias maiores M87 e M59, respetivamente.Crédito: NASA/STScI

Há três anos atrás, uma equipa da Universidade do Utah descobriu uma galáxia anã ultracompacta que continha um buraco negro supermassivo, na altura a galáxia mais pequena que se sabia abrigar um buraco negro tão grande. Os achados sugeriram que as anãs ultracompactas podiam ser os minúsculos remanescentes de galáxias massivas que foram despojadas das suas regiões externas depois de colidirem com outras galáxias maiores.

Agora, o mesmo grupo de astrónomos encontrou mais duas galáxias anãs ultracompactas com buracos negros supermassivos. Os três exemplos sugerem que os buracos negros se escondem no centro da maioria destes objetos, potencialmente duplicando o número de buracos negros supermassivos conhecidos no Universo. Os buracos negros constituem uma grande percentagem da massa total destas galáxias compactas, apoiando a teoria de que as anãs são restos de galáxias massivas rasgadas por galáxias ainda maiores.

"Nós ainda não compreendemos totalmente como é que as galáxias se formam e evoluem ao longo do tempo. Estes objetos podem dizer-nos como é que as galáxias se fundem e colidem," comenta Chris Ahn, candidato pós-doutorado do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Utah e autor principal do estudo internacional publicado ontem na revista The Astrophysical Journal. "Talvez uma fração dos centros de todas as galáxias sejam realmente essas galáxias compactas despojadas das suas regiões externas."

Medindo as galáxias

Os autores mediram duas galáxias anãs ultracompactas, chamadas VUCD3 e M59cO, situadas muito além dos braços espirais da nossa Via Láctea, em órbita de galáxias massivas no enxame galáctico de Virgem. Eles detetaram um buraco negro supermassivo em cada das galáxias; o buraco negro de VUCD3 tem uma massa equivalente a 4,4 milhões de sóis, representando cerca de 13% da massa total da galáxia, e o buraco negro de M59cO tem uma massa equivalente a 5,8 milhões de sóis, representando cerca de 18% da sua massa total.

Em comparação, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea tem uma massa de 4 milhões de sóis, mas representa menos de 0,01% da massa total da Galáxia. "É incrível quando realmente pensamos sobre isto. Estas anãs ultracompactas têm cerca de 0,1% do tamanho da Via Láctea, no entanto hospedam buracos negros maiores do que o buraco negro no centro da nossa Galáxia," exclama Ahn.

Para calcular a massa das galáxias anãs, os astrónomos mediram o movimento das estrelas usando o telescópio Gemini Norte localizado no vulcão Mauna Kea no Hawaii. Os astrónomos têm que corrigir as distorções provocadas pela atmosfera da Terra. Disparam um laser para o céu a fim de produzir uma pequena estrela falsa, e movem um espelho centenas de vezes por segundo para desfazer a distorção atmosférica. 

Aplicam então esta técnica às galáxias anãs ultracompactas, objetos tão pequenos que estas correções se tornam imprescindíveis a fim de medir os movimentos dentro dos objetos. A técnica, com o nome ótica adaptativa, melhora a qualidade de imagem da galáxia.

Também analisaram imagens do Telescópio Espacial Hubble para medir a distribuição das estrelas em cada galáxia e criaram uma simulação computacional que melhor se adapta às suas observações.

Os cientistas descobriram que o movimento das estrelas no centro das galáxias é muito mais rápido do que aquelas nas regiões mais externas, uma assinatura clássica de um buraco negro. VUDC3 e M59cO são a segunda e terceira galáxias anãs ultracompactas que se sabe albergar um buraco negro supermassivo, sugerindo que todas as anãs deste género podem abrigar este tipo de objetos exóticos.

Os mistérios das galáxias anãs ultracompactas

Os astrónomos descobriram as galáxias anãs ultracompactas no final da década de 1990. Estes objetos são formados por centenas de milhões de estrelas densamente agrupadas numa região, em média, com 100 anos-luz de diâmetro. Os cientistas obtiveram medições para ver o que estava a acontecer no seu interior, e algo não batia certo; as galáxias anãs ultracompactas tinham mais massa do que as suas estrelas, por si só, podiam explicar. 

O professor Anil Seth, professor assistente do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Utah, liderou o estudo de 2014 que encontrou a primeira galáxia anã ultracompacta com um buraco negro supermassivo. Os dois estudos suportam a ideia de que os buracos negros supermassivos no centro de galáxias deste género são responsáveis pela massa extra.

Uma teoria alternativa diz que as anãs são apenas enxames estelares enormes - grupos de centenas de milhares de estrelas nascidas ao mesmo tempo. O maior enxame estelar da Via Láctea contém três milhões de estrelas, e as galáxias anãs ultracompactas são entre 10 e 100 vezes maiores. "A questão era, 'isto porque formam enxames maiores com o mesmo processo? Ou são, de alguma maneira, diferentes?' Este trabalho mostra que são diferentes," continua Seth.

"É óbvio em retrospetiva, porque o centro de uma galáxia regular parece-se quase exatamente com estes objetos, mas isso não era o que a maioria das pessoas pensava que eram. Eu não estava convencido de que íamos encontrar um buraco negro quando fiz as observações," explica Seth. "Este é um exemplo interessante de descoberta científica e da rapidez com que podemos reorientar a nossa compreensão do Universo."

Buracos negros e a formação das galáxias

Os buracos negros são áreas com uma gravidade tão forte que nem a luz pode escapar. Formam-se quando as estrelas colapsam, deixando para trás um buraco negro que exerce força gravitacional sobre os objetos em seu redor. Os buracos negros supermassivos têm uma massa superior a um milhão de sóis, e pensa-se que existam no centro de todas as grandes galáxias.

Uma explicação para o buraco negro supermassivo no interior das galáxias anãs ultracompactas é que as galáxias já albergaram milhares de milhões de estrelas. Os autores pensam que as anãs foram "engolidas" e rasgadas pela gravidade de galáxias muito maiores. O buraco negro da anã ultracompacta é o remanescente do seu anteriormente gigante tamanho. Os resultados alteram o modo como os astrónomos podem resolver o puzzle da formação e evolução galáctica ao longo do tempo.

"Sabemos que as galáxias se fundem e combinam - é assim que evoluem. A nossa Via Láctea está, neste preciso momento, a devorar galáxias mais pequenas," salienta Seth. "O nosso quadro geral de como as galáxias se formam é que galáxias pequenas fundem-se para formar galáxias maiores. Mas a nossa imagem está realmente incompleta. As galáxias anãs ultracompactas fornecem-nos um cronograma mais longo que podemos usar para ver o que aconteceu no passado."

Fonte: Astronomia OnLine