Algumas galáxias contêm buracos negros supermassivos duplos

Os blazares ocupam um lugar intrigante no zoológico cósmico. Eles são núcleos galácticos ativos (AGN) brilhantes que emitem raios cósmicos , são brilhantes em emissão de rádio e exibem enormes jatos de material viajando em nossa direção quase à velocidade da luz. Para alguns blazares, seus jatos parecem curvos e serpenteantes e os astrônomos têm dúvidas.

Uma visão do Telescópio Espacial Hubble do núcleo do M87 e seu jato. ele aponta quase diretamente para nós e também é conhecido como blazar. Os astrônomos estão estudando outros blazares que possuem jatos sinuosos e pensam que buracos negros binários podem estar escondidos dentro de alguns deles. Cortesia STScI. 

O apetite do buraco negro central de um blazar afeta os jatos? Existe alguma atividade interna no disco de acréscimo que causa a variabilidade no brilho? Ou há algo mais acontecendo aqui? De acordo com Silke Britzen, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha, pode ser mais interessante do que um buraco negro (ou o seu disco de acreção) a fazer o seu trabalho.

“Apresentamos evidências e discutimos a possibilidade de que seja de fato a precessão da fonte do jato, causada por um buraco negro binário supermassivo na base do jato ou – menos provável – por um disco de acreção deformado em torno de um único buraco negro, isso é responsável pela variabilidade observada”, disse Britzen do Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, Alemanha.

A galáxia com dois buracos negros

A ideia de um disco de acreção distorcido em precessão em torno de um buraco negro supermassivo é interessante porque esse movimento pode afetar os jatos. Ele também desempenha um papel nessas mudanças periódicas de brilho. Esse efeito também aparece em algumas outras galáxias.

Mas, o que mais poderia causar a precessão? Britzen e a equipe investigaram um objeto chamado OJ 287 para ver se ele poderia fornecer algumas pistas. Parece ter dois buracos negros – essencialmente um buraco negro binário – no seu núcleo. Estudos desta galáxia e de 12 outros AGNS levaram à conclusão de que a curvatura do jato pode fornecer uma pista fumegante para a existência de buracos negros binários nos núcleos das galáxias.

Como isso funcionaria? É complexo, mas essencialmente você tem dois buracos negros fazendo uma dança orbital no centro da galáxia. Um buraco negro está emitindo o jato e a influência gravitacional do outro afeta a aparência e o comportamento do jato. Segundo Michal Zajacek, coautor do estudo com Britzen, isso ajuda a explicar a aparência do jato.

“A física dos discos e jatos de acreção é bastante complexa, mas sua cinemática pode ser comparada a giroscópios simples”, disse ele. “Se você exercer um torque externo em um disco de acreção, por exemplo, por um buraco negro secundário em órbita, ele irá precessar e sofrer nutação, e junto com ele o jato também, semelhante ao eixo de rotação da Terra que é afetado pela Lua e pelo Sol."

Um jato de rádio magnetizado (amarelo), em precessão devido a um par de buracos negros supermassivos. O maior está (preto) no centro do disco de acreção. Ele contém gás mais quente (azul) e mais frio (vermelho). A seta branca indica a rotação do buraco negro maior. O segundo buraco negro orbita (laranja) em torno do buraco negro supermassivo central e a seta laranja mostra a orientação do seu momento angular orbital. Devido ao desalinhamento, o torque do secundário aciona a precessão do disco de acreção, bem como do jato lançado (círculo verde e setas). Linhas curvas brancas indicam emissão de rádio. Cortesia: Michal Zajaček/UTFA MUNI

Procurando pelos binários do buraco negro

Se este for o caso de outros blazares, o jato sinuoso e a variabilidade de brilho podem muito bem ser a pista que os astrônomos precisam para sondar outros buracos negros binários. Não é uma tarefa fácil encontrar os buracos negros, embora os próprios AGNS sejam brilhantes, segundo Britzen.

“Ainda não temos resolução suficiente para investigar diretamente a existência de buracos negros binários supermassivos”, disse ela. “Mas a precessão do jato parece fornecer a melhor assinatura desses objetos, cuja existência é esperada não apenas pela comunidade de buracos negros/AGN, mas também pela comunidade de ondas gravitacionais/pulsares que publicou recentemente evidências da existência de um fundo gravitacional cósmico devido a as ondas gravitacionais emitidas pelas fusões de buracos negros massivos ao longo da história cósmica.”

Britzen e colegas investigaram o OJ 287 e outros AGNs proeminentes usando observações de rádio, uma vez que estes objetos são fontes de rádio brilhantes. Estudos de alta resolução aproveitaram as técnicas de Interferometria de Rádio de Linha de Base Muito Longa (VLBI).

Isto conectou vários telescópios a longas distâncias para focar nos núcleos de galáxias muito distantes. Esta é a mesma técnica que permitiu à colaboração do Event Horizon Telescope (EHT) obter imagens da sombra de um buraco negro pela primeira vez, observando o buraco negro com 6,5 mil milhões de massa solar na galáxia M87.

A equipe também modelou a precessão dos jatos, além de um fator chamado nutação. Essa é uma variação periódica no eixo de inclinação do jato. Pense nisso como um leve balanço ou oscilação à medida que o jato entra em precessão. Essa nutação também foi uma pista que apontava para a possível existência de um segundo buraco negro. A equipe aplicou o modelo ao jato OJ 287. 

Qual é o próximo?

O resultado parece apontar fortemente para a ação do buraco negro binário no centro deste e de outros AGNS. As armas fumegantes são os jatos ondulados e a variabilidade de brilho. “A variabilidade do blazar em muitas galáxias pode não ser predominantemente de natureza estocástica, mas de natureza determinística”, disse Britzen. “É fascinante descodificar o funcionamento interno desta maquinaria de buraco negro com a ajuda de estudos de variabilidade.”

Britzen e a equipe esperam que este trabalho leve a mais estudos sobre blazares. Eles sugerem no seu artigo que outros avançarão com observações de longo prazo do VLBI e estudos da distribuição de energia espectral da luz destes objetos e dos seus jatos.

Fonte: universetoday.com