Buracos negros supermassivos podem ser expulsos do centro em galáxias brilhantes

 Os maiores buracos negros do universo podem ter massas centenas de milhões de vezes a massa do Sol. Portanto, compreensivelmente, é preciso muita força para mover uma dessas coisas.

O conceito deste artista retrata um buraco negro cercado por um disco de acreção de matéria em queda. Em muitas galáxias grandes, o buraco negro supermassivo no núcleo da galáxia serve como um motor central intimamente conectado à evolução da galáxia. – Imagem via NASA 

No entanto, uma nova pesquisa revela que é surpreendentemente comum que buracos negros supermassivos sejam lançados para longe dos centros de suas galáxias hospedeiras. De fato, de acordo com uma pré-impressão do novo estudo no arXiv.org, parece que até um terço dos maiores buracos negros são empurrados dessa maneira.

Buracos negros e suas galáxias hospedeiras: uma relação complicada

Observações sugerem que quase todas as galáxias do universo hospedam seu próprio buraco negro gigante, que são chamados, apropriadamente, de buracos negros supermassivos. Até a nossa própria galáxia, a Via Láctea, tem uma de suas conhecidas, Sagitário A*, que fica a cerca de 26.000 anos-luz de distância e tem uma massa de cerca de 4 milhões de sóis. Esses monstros são de longe os maiores objetos em suas galáxias hospedeiras.

Embora os buracos negros supermassivos não afetem o resto da galáxia diretamente por meio de sua gravidade (mesmo os maiores buracos negros pesam menos de 1% de sua galáxia hospedeira), eles podem influenciar a temperatura geral e a taxa de formação estelar de sua galáxia. Isso porque os buracos negros supermassivos são capazes de devorar enormes quantidades de material e ejetar calor e energia de volta para a galáxia circundante.

Os pesquisadores há muito acreditam que existe uma conexão íntima entre as galáxias e seus buracos negros supermassivos, uma vez que eles tendem a seguir uma relação proporcional em sua massa: quanto maior a galáxia, maior o buraco negro. E assim os maiores buracos negros supermassivos pertencem às maiores galáxias, que tendem a ser encontradas nos centros de enormes aglomerados de galáxias.

Essas galáxias gigantes, conhecidas como galáxias de aglomerados mais brilhantes (BCGs), evoluem por meio da fusão e subsequente canibalização de muitas galáxias menores ao longo de sua vida. Por estarem no centro dos aglomerados, os BCGs frequentemente interagem com outros membros do aglomerado de galáxias que passam por eles. E se essas outras galáxias se aproximarem demais, elas serão absorvidas pelo BCG maior.

Essas galáxias canibalizadas carregam consigo seus próprios buracos negros supermassivos. E após a fusão, o buraco negro da galáxia menor finalmente encontra seu caminho até o centro do BCG e se funde com o já monstruoso buraco negro ali. Na verdade, esse tipo de processo de fusão ajuda a explicar por que tanto os BCGs quanto seus buracos negros supermassivos podem atingir tamanhos astronômicos.

Mas nem todas as fusões de galáxias e buracos negros ocorrem sem problemas. 

Colisões repetidas de galáxias dão um pontapé nos buracos negros

Uma equipe de astrofísicos da Universidade Sorbonne, em Paris, usou simulações de última geração de formação de galáxias combinadas com modelos simples de interações de buracos negros para descobrir o que acontece quando galáxias colidem repetidamente com BCGs.

A equipe descobriu que, ocasionalmente, a galáxia em queda é capaz de interromper completamente o buraco negro supermassivo no centro do BCG. Isso porque, se a galáxia entrelaçada for grande o suficiente e seguir direto para o centro, ela pode ficar presa orbitando dentro da região central do BCG antes de se fundir completamente.

Este valor da nova pesquisa mostra o tempo (em gigaanos, ou bilhões de anos) e a distância percorrida (em kiloparsecs, com 100 kpc igual a 326.156 anos-luz) para um buraco negro que passou por mais de uma dúzia de eventos de fusão. “Buracos negros supermassivos fora do centro em galáxias centrais brilhantes” (https://arxiv.org/pdf/2212.13277.pdf)

Como está em processo de fusão, a galáxia remanescente engolida causa estragos, com interações gravitacionais contínuas aumentando as energias de tudo no núcleo do BCG, incluindo o buraco negro supermassivo que reside lá. Em alguns casos, descobriram os pesquisadores, essas interações “expulsaram” o buraco negro a centenas de milhares de anos-luz do núcleo – fora do próprio BCG!

Esses tipos de interações infelizes são relativamente raros, mas a vida de um BCG nada mais é do que fusão após fusão; portanto, ao longo de bilhões de anos, é bastante comum que o buraco negro central de um BCG seja desalojado em algum momento.

Na maioria das vezes, o buraco negro retorna ao núcleo, onde pode finalmente descansar. Mas os pesquisadores descobriram que um terço de todos os BCGs atualmente deslocaram buracos negros supermassivos na era atual, com alguns desses buracos negros não devendo retornar para suas casas por mais 6 bilhões de anos.

Buracos negros supermassivos: um papel inconsistente

Este novo trabalho pode ter consequências importantes para pesquisas futuras sobre a relação entre buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras. A maioria dos modelos de formação de galáxias hoje inclui os efeitos do feedback de buracos negros gigantes, onde os buracos negros consomem gás bruto e ocasionalmente expelem radiação de volta para suas galáxias. Mas esses modelos assumem que os buracos negros supermassivos permanecem nos núcleos de suas galáxias hospedeiras por bilhões de anos seguidos.

Mas se um buraco negro for expulso de seu núcleo galáctico, ele pode se encontrar em um ambiente muito menos denso. Sem novo material para consumir de forma confiável, o buraco negro não pode alimentar o motor cósmico que geralmente inunda sua galáxia hospedeira com radiação. Todo o ciclo de feedback é encerrado em grande parte.

Resta saber quanto impacto esses novos resultados terão. Mas simulações futuras irão incorporar o fato de que muitos buracos negros podem passar uma quantidade significativa de tempo longe dos centros de suas galáxias hospedeiras. E esses resultados podem ajudar a esclarecer a complexa relação que existe entre as galáxias e seus buracos negros supermassivos.

Fonte: astronomy.com