"Recuo" gravitacional pode explicar forma estranha no centro de Andrómeda

 Quando duas galáxias colidem, os buracos negros supermassivos nos seus núcleos libertam um devastador "recuo" gravitacional, semelhante ao de uma arma quando disparada. Uma nova investigação sugere que este recuo pode ser tão poderoso que pode lançar milhões de estrelas para órbitas instáveis.

A Galáxia de Andrómeda vista pelo WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech/UCLA

A investigação, publicada dia 29 de outubro na revista The Astrophysical Journal Letters, ajuda a resolver um mistério de décadas em torno de um enxame estelar com uma forma estranha no coração da Galáxia de Andrómeda. Também pode ajudar os investigadores a melhor entender o processo de como as galáxias crescem alimentando-se umas das outras. 

"Quando os cientistas olharam pela primeira vez para Andrómeda, esperavam ver um buraco negro supermassivo rodeado por um enxame de estrelas relativamente simétrico," disse Ann-Marie Madigan do JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics), um instituto de pesquisa conjunto da Universidade do Colorado em Boulder e do NIST (National Institute of Standards and Technology). "Ao invés, encontraram esta massa enorme e alongada." 

Agora, ela e colegas pensam ter uma explicação. 

Na década de 1970, os cientistas lançaram balões para o alto da atmosfera da Terra a fim de observar Andrómeda no ultravioleta, a grande galáxia mais próxima da Via Láctea. O Telescópio Espacial Hubble avançou estas observações iniciais na década de 1990 e forneceu uma descoberta surpreendente: tal como a nossa própria Galáxia, Andrómeda tem a forma de uma espiral gigante. Mas a área rica em estrelas, perto do centro dessa espiral, não tem o aspeto que devia ter - as órbitas destas estrelas assumem uma estranha forma oval, como se alguém as tivesse esticado. 

E ninguém sabia porquê, comentou Madigan, que também é professora assistente de astrofísica. Os cientistas chamam ao padrão "disco nuclear excêntrico". 

No novo estudo, a equipa usou simulações de computador para rastrear o que acontece quando dois buracos negros supermassivos colidem - Andrómeda provavelmente foi formada durante uma fusão semelhante há milhares de milhões de anos. Com base nos cálculos da equipa, a força gerada por tal fusão poderia curvar e puxar as órbitas das estrelas perto de um centro galáctico, criando aquele padrão alongado e revelador. 

"Quando as galáxias se fundem, os seus buracos negros supermassivos juntam-se e eventualmente tornam-se num único buraco negro," disse Tatsuya Akiba, autor principal do estudo e estudante de astrofísica. "Queríamos saber: quais são as consequências disso?" 

Curvando o espaço e o tempo 

Ele acrescentou que as descobertas da equipe ajudam a revelar algumas das forças que podem estar a impulsionar a diversidade das estimadas duas biliões de galáxias no Universo atual - algumas das quais se parecem muito com a nossa espiral, enquanto outras se parecem mais com bolas de râguebi ou bolhas irregulares. 

Gráfico que mostra a órbita de estrelas em torno de um buraco negro supermassivo antes (esquerda) e depois (direita) de um "recuo" gravitacional.Crédito: Steven Burrows/JILA

As fusões podem desempenhar um papel importante na formação destas massas de estrelas: quando as galáxias colidem, disse Akiba, os buracos negros nos centros podem começar a girar uns em torno dos outros, movendo-se cada vez mais rápido até que finalmente chocam. No processo, libertam enormes pulsos de "ondas gravitacionais", ou ondulações literais na estrutura do espaço e do tempo. 

"Essas ondas gravitacionais transportam momento para longe do buraco negro remanescente e obtemos um recuo, como o de uma arma," disse Akiba. 

Ele e Madigan queriam saber o que tal recuo poderia fazer às estrelas até 1 parsec, cerca de 3,26 anos-luz, do centro de uma galáxia. Andrómeda, que pode ser vista da Terra a olho nu, estende-se por dezenas de milhares de parsecs de ponta a ponta.

Tudo fica bem selvagem. 

Recuo galáctico 

A dupla usou computadores para construir modelos de centros galácticos falsos contendo centenas de estrelas - e depois simulou o recuo das ondas gravitacionais provenientes da formação do novo buraco negro. 

Madigan explicou que as ondas gravitacionais produzidas por este tipo de colisão desastrosa não afetam as estrelas de uma galáxia diretamente. Mas o recuo impulsiona o buraco negro supermassivo remanescente através do espaço - a velocidades que podem chegar a milhões de quilómetros por hora, nada mau para um corpo com uma massa milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol. 

"Um buraco negro que começa a mover-se a centenas de milhares de quilómetros por segundo pode efetivamente escapar da galáxia onde vive," disse Madigan. 

No entanto, quando os buracos negros não escapam, a equipe descobriu que podem puxar as órbitas das estrelas nas proximidades, fazendo com que sejam esticadas. O resultado acaba sendo muito semelhante à forma que os cientistas veem no centro de Andrómeda. 

Madiga e Akiba disseram que querem ampliar as simulações para que possam comparar diretamente os resultados de computador com o núcleo verdadeiro da Galáxia de Andrómeda - que contém muitas vezes mais estrelas. Realçaram que as suas descobertas também podem ajudar os cientistas a entender os acontecimentos invulgares em torno de outros objetos no Universo, como planetas em órbita de corpos misteriosos chamados estrelas de neutrões. 

"Esta ideia - a de se estivermos em órbita de um objeto central e esse objeto sair disparado de repente - pode ser diminuído para examinar muitos sistemas diferentes," disse Madigan.

Fonte: Astronomia OnLine