Galáxias anãs lançam luz sobre as origens dos buracos negros

 Impressão artística de um fluxo proveniente de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia. Os astrônomos podem encontrar buracos negros massivos, mesmo em galáxias anãs, procurando por emissões relacionadas a seus fluxos. NASA / SOFIA / Lynette Cook

Os astrônomos estão procurando galáxias anãs próximas para as origens antigas de buracos negros supermassivos. Buracos negros maciços nos núcleos de galáxias anãs insignificantes são muito mais comuns do que se pensava anteriormente, de acordo com novos resultados apresentados em uma conferência de imprensa da American Astronomical Society na segunda-feira. As descobertas ajudarão os astrônomos a entender como o universo recém-nascido gerou buracos negros supermassivos em primeiro lugar. 

A maioria das grandes galáxias, como a nossa Via Láctea, abriga buracos negros supermassivos, pesando milhões ou mesmo bilhões de massas solares. Se ativamente acumular material de seus arredores, às vezes eles podem ofuscar sua galáxia hospedeira. Esses quasares foram observados no início do universo, indicando que buracos negros massivos cresceram incrivelmente rápido a partir de “sementes” menores. 

No entanto, os astrônomos não conhecem a natureza dessas primeiras sementes. Talvez o processo de crescimento tenha começado com os remanescentes onipresentes da primeira geração de estrelas extremamente massivas, conhecidas como estrelas da População III. Essas “sementes” de buracos negros teriam cerca de 100 vezes a massa do Sol e poderiam ter ganho volume adicional por meio de colisões e fusões subsequentes. 

Este mosaico mostra galáxias anãs que fazem parte da amostra de Molina.Mallory Molina

Alternativamente, enormes massas instáveis ​​de gás primordial poderiam ter caído em centros galácticos, colapsando diretamente em buracos negros muito massivos (até algumas centenas de milhares de massas solares) de uma só vez.  Como o universo primitivo é difícil de estudar em detalhes, os astrônomos se concentram em galáxias anãs próximas. Enquanto galáxias maiores como a Via Láctea são o resultado de fusões, “galáxias anãs permaneceram relativamente intocadas ao longo do tempo cósmico”, explica Mallory Molina (Universidade Estadual de Montana). Portanto, se os anões hospedam buracos negros maciços, eles fornecem uma janela para o passado. 

Até agora, um punhado de buracos negros gigantes foram encontrados em galáxias anãs, principalmente em galáxias bastante massivas com pouca atividade de formação de estrelas. Mas em um artigo de 1º de dezembro no The Astrophysical Journal ( preprint disponível aqui ), uma equipe liderada por Molina e Amy Reines (também no estado de Montana) apresenta evidências da existência de buracos negros supermassivos em 81 anãs que são menores e mais ativamente se formando estrelas. 

Pesquisas anteriores perderam esses buracos negros porque sua ampla emissão de luz visível é apagada pelo brilho mais forte das regiões de formação de estrelas. Para ver além da luz de estrelas recém-nascidas, os astrônomos procuraram uma linha de emissão vermelha de átomos de ferro altamente ionizados em dados espectroscópicos do Sloan Digital Sky Survey para dezenas de milhares de galáxias anãs. A luz das estrelas não é energética o suficiente para produzir esse nível extremo de ionização, mas os raios X do gás quente soprado por um buraco negro central podem fazer o truque. 

Mrk 462 é uma galáxia anã em Canes Venatici, situada à direita do grupo HCG 68 de galáxias compactas nesta imagem. Raios-X do enorme buraco negro da galáxia anã são mostrados na inserção.Raio-X: NASA / CXC / Dartmouth Coll. / J. Parker & R. Hickox; Óptico / IR: Pan-STARRS

A busca sistemática da equipe revelou apenas buracos negros ativos , então a porcentagem total de galáxias anãs que abrigam buracos negros supermassivos ainda é desconhecida. “Essa é a pergunta de um milhão de dólares no campo”, diz Molina. “O que encontramos é apenas a ponta do iceberg.” Ainda assim, o novo resultado tem implicações para nossas ideias sobre o crescimento de buracos negros supermassivos no universo primitivo. 

Como explica Ryan Hickox (Dartmouth College), o cenário de colapso direto não pode ter sido muito comum. “É difícil comprimir grandes volumes de gás em uma pequena região do espaço, pois eles tendem a se fragmentar”, diz ele. Portanto, quanto mais buracos negros supermassivos você encontrar em galáxias anãs, menos provável é que todos sejam devidos ao colapso direto. 

Na mesma conferência de imprensa, Hickox apresentou dados inéditos do Observatório de Raios-X Chandra da galáxia anã Markarian 462, que indicam a presença de um buraco negro supermassivo fortemente obscurecido pela poeira. “Este é um dos primeiros buracos negros obscurecidos em uma galáxia anã”, diz ele. “Tais objetos podem ter sido perdidos até agora em pesquisas anteriores, então isso também aponta para uma população muito maior”. 

“Ambos os estudos parecem apoiar a ideia de que grandes buracos negros são realmente muito comuns em galáxias anãs, apenas mais difíceis de detectar do que buracos negros supermassivos em galáxias de tamanho 'normal'”, diz Sera Markoff (Universidade de Amsterdã), que não esteve envolvida em qualquer estudo. “E isso favoreceria o modelo Population III [para a origem dos buracos negros supermassivos], embora ainda seja um grande problema como exatamente eles cresceriam tão rápido.” 

Infelizmente, as observações de galáxias anãs no universo local não vão responder inteiramente à questão da origem dos buracos negros supermassivos. “Embora o crescimento de sementes menores agora comece a parecer o cenário mais razoável”, diz Molina, “o que realmente precisamos é observar sua formação no início do universo. O Telescópio Espacial James Webb pode finalmente acertar.”

Fonte: skyandtelescope.org