Cientistas do ALMA encontram par de buracos negros a jantar juntos na fusão de galáxias nas proximidades

Ao estudar um par próximo de galáxias em fusão usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – um observatório internacional cooperado pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) da National Science Foundation dos EUA – os cientistas descobriram dois buracos negros supermassivos crescendo simultaneamente perto do centro da galáxia recém-coalescente.

Cientistas usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para olhar profundamente para o coração do par de galáxias em fusão conhecido como UGC 4211 descobriram dois buracos negros crescendo lado a lado, a apenas 750 anos-luz de distância. A concepção deste artista mostra a fusão de galáxias em estágio final e seus dois buracos negros centrais. Os buracos negros binários são os mais próximos já observados em múltiplos comprimentos de onda. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)

Esses gigantes famintos são os mais próximos que os cientistas já observaram em vários comprimentos de onda. Além do mais, a nova pesquisa revela que os buracos negros binários e as fusões de galáxias que os criam podem ser surpreendentemente comuns no Universo. Os resultados da nova pesquisa foram publicados hoje no The Astrophysical Journal Letters e apresentados em uma coletiva de imprensa na 241ª reunião da American Astronomical Society (AAS) em Seattle, Washington. 

A apenas 500 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Câncer, o UGC4211 é um candidato ideal para estudar os estágios finais das fusões galácticas, que ocorrem com mais frequência no Universo distante e, como resultado, podem ser difíceis de observar.

Quando os cientistas usaram os receptores altamente sensíveis de 1,3 mm do ALMA para observar profundamente os núcleos galácticos ativos da fusão – áreas compactas e altamente luminosas em galáxias causadas pelo acúmulo de matéria em torno de buracos negros centrais – eles encontraram não um, mas dois buracos negros devorando vorazmente os subprodutos da fusão. Surpreendentemente, eles estavam jantando lado a lado com apenas 750 anos-luz entre eles. 

“Simulações sugeriram que a maioria da população de binários de buracos negros em galáxias próximas seria inativa porque eles são mais comuns, não dois buracos negros em crescimento como os que encontramos”, disse Michael Koss, pesquisador sênior da Eureka Scientific e principal autor de a nova pesquisa. 

Koss acrescentou que o uso do ALMA foi um divisor de águas e que encontrar dois buracos negros tão próximos um do outro no Universo próximo poderia abrir caminho para estudos adicionais do emocionante fenômeno. “O ALMA é único porque pode ver através de grandes colunas de gás e poeira e alcançar uma resolução espacial muito elevada para ver coisas muito próximas umas das outras. 

Nosso estudo identificou um dos pares mais próximos de buracos negros em uma fusão de galáxias e, como sabemos que as fusões de galáxias são muito mais comuns no Universo distante, esses binários de buracos negros também podem ser muito mais comuns do que se pensava anteriormente”. 

Se pares de buracos negros binários próximos forem realmente comuns, como Koss e a equipe postulam, pode haver implicações significativas para futuras detecções de ondas gravitacionais. 

Ezequiel Treister, astrônomo da Universidade Católica do Chile e coautor da pesquisa, disse: “Pode haver muitos pares de buracos negros supermassivos crescentes nos centros das galáxias que não conseguimos identificar até agora. Se for esse o caso, em um futuro próximo estaremos observando frequentes eventos de ondas gravitacionais causados pela fusão desses objetos em todo o Universo.” 

Emparelhar os dados do ALMA com observações de vários comprimentos de onda de outros telescópios poderosos como o Chandra, o Hubble, o Very Large Telescope do ESO e o Keck adicionou pequenos detalhes a uma história já cativante. “Cada comprimento de onda conta uma parte diferente da história. Enquanto as imagens ópticas terrestres nos mostraram toda a galáxia em fusão, o Hubble nos mostrou as regiões nucleares em altas resoluções. 

Observações de raios-X revelaram que havia pelo menos um núcleo galáctico ativo no sistema”, disse Treister. “E o ALMA mostrou-nos a localização exata destes dois buracos negros supermassivos em crescimento e famintos. Todos esses dados juntos nos deram uma imagem mais clara de como galáxias como a nossa se tornaram do jeito que são e o que elas se tornarão no futuro”. 

Até agora, os cientistas estudaram principalmente apenas os estágios iniciais das fusões de galáxias. A nova pesquisa pode ter um impacto profundo em nossa compreensão da própria fusão iminente da Via Láctea com a vizinha Galáxia de Andrômeda. Koss disse: “A colisão Via Láctea-Andrômeda está em seus estágios iniciais e está prevista para ocorrer em cerca de 4,5 bilhões de anos. 

O que acabamos de estudar é uma fonte no estágio final de colisão, então o que estamos vendo pressagia essa fusão e também nos dá uma visão sobre a conexão entre os buracos negros se fundindo e crescendo e eventualmente produzindo ondas gravitacionais”. 

“Esta descoberta fascinante mostra o poder do ALMA e como a astronomia de vários comprimentos de onda pode gerar resultados importantes que expandem nossa compreensão do universo, incluindo buracos negros, núcleos galácticos ativos, evolução galáctica e muito mais”, disse Joe Pesce, diretor do programa NSF para o Observatório Nacional de Radioastronomia.

“Com o advento dos detectores de ondas gravitacionais, temos a oportunidade de expandir ainda mais nossos poderes observacionais combinando todos esses recursos. Não acho que haja realmente um limite para o que podemos aprender.”

Fonte: public.nrao.edu