O par de buracos negros mais pesado já visto pesa 28 bilhões de vezes mais que o Sol

"Normalmente, parece que as galáxias com pares de buracos negros mais leves têm estrelas e massa suficientes para unir os dois rapidamente. Mas o binário eliminou essa matéria da galáxia central, deixando-a paralisada."

Uma ilustração mostra dois buracos negros supermassivos bloqueados pelo seu tamanho e impedidos de se fundirem (Crédito da imagem: NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M. Zamani) 

Dois buracos negros supermassivos encontrados em “galáxias fósseis” criadas por colisões são tão massivos que se recusam a colidir e fundir-se. A descoberta poderia explicar por que, embora as fusões de buracos negros supermassivos sejam previstas teoricamente, elas nunca foram observadas em andamento.

O sistema de buracos negros supermassivos está localizado na galáxia elíptica B2 0402+379. Juntos, os dois buracos negros têm uma massa conjunta que é 28 mil milhões de vezes maior que a do Sol , tornando este o buraco negro binário mais massivo alguma vez visto. Não só isso, mas os componentes binários deste sistema são os mais próximos num par de buracos negros supermassivos, separados por apenas 24 anos-luz.

Este é o único buraco negro supermassivo binário que já foi resolvido com detalhes suficientes para ver os dois objetos separadamente. Curiosamente, embora a proximidade dos dois corpos sugira que deveriam colidir e fundir-se, eles parecem ter estado presos na mesma dança orbital um em torno do outro durante mais de 3 mil milhões de anos.

A equipa que encontrou o binário nos dados recolhidos pelo telescópio Gemini North, no Havai, pensa que os buracos negros supermassivos estão a ser impedidos de se fundirem devido à sua enorme massa. 

“Normalmente, parece que as galáxias com pares de buracos negros mais leves têm estrelas e massa suficientes para unir os dois rapidamente”, disse Roger Romani, membro da equipe e professor de física na Universidade de Stanford, em comunicado . "Como este par é tão pesado, foram necessárias muitas estrelas e gás para realizar o trabalho. Mas o binário eliminou essa matéria da galáxia central, deixando-a paralisada." 

Casal de buracos negros supermassivos simplesmente não é compatível... ainda

B2 0402+379 é um “aglomerado fóssil” que representa o que acontece quando um aglomerado de galáxias inteiro de estrelas e gás se funde em uma única galáxia massiva. A enorme massa dos dois buracos negros supermassivos no seu centro sugere que uma cadeia de fusões entre buracos negros mais pequenos os criou à medida que múltiplas galáxias no aglomerado se encontraram e se fundiram.

Os cientistas acreditam que no coração da maioria, senão de todas, as galáxias está um buraco negro supermassivo com uma massa equivalente a milhões ou milhares de milhões de sóis. Nenhuma estrela pode entrar em colapso para dar origem a buracos negros tão massivos, por isso acredita-se que os buracos negros supermassivos nascem através de cadeias de fusões entre buracos negros cada vez maiores.

Quando as próprias galáxias colidem e se fundem, os cientistas teorizam que os buracos negros supermassivos nos seus corações se movem juntos, formando um par binário. À medida que orbitam um em torno do outro, estes buracos negros emitem ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais que afastam o momento angular do binário, fazendo com que os buracos negros orbitem mais próximos uns dos outros.

Eventualmente, quando os buracos negros estiverem próximos o suficiente, sua atração gravitacional deverá assumir o controle, e os buracos negros colidirão e se fundirão, assim como fizeram os buracos negros que colidiram para criá-los. A questão é: poderiam alguns buracos negros supermassivos ser tão massivos que a colisão fosse estagnada?

A galáxia NGC 7727 mostra como é uma galáxia após bilhões de anos de fusão de galáxias(Crédito da imagem: ESO)

Para compreender melhor este sistema de pesos pesados ​​dos buracos negros, a equipa recorreu a dados de arquivo recolhidos pelo Gemini Multi-Object Spectrograph (GSO) da Gemini North. Isto permite-lhes determinar a velocidade das estrelas na vizinhança dos dois buracos negros supermassivos e, por sua vez, a massa total desses buracos negros. 

"A excelente sensibilidade do GMOS permitiu-nos mapear as velocidades crescentes das estrelas à medida que olhamos mais perto do centro da galáxia," acrescentou Romani. “Com isso, conseguimos inferir a massa total dos buracos negros que ali residem .” 

Uma fusão estagnada

A massa dos dois buracos negros do sistema é tão grande que a equipa pensa que seria necessária uma população excepcionalmente grande de estrelas à sua volta para aproximar os buracos negros supermassivos. À medida que isto tem acontecido, no entanto, a energia lixiviada do binário tem lançado matéria para longe da sua vizinhança. 

Isto deixou o centro de B2 0402+379 desprovido de estrelas e de gás suficientemente próximo do binário para lhe extrair energia. Como resultado, o progresso destes dois buracos negros supermassivos em direcção um ao outro estagnou à medida que se aproximam das fases finais antes de uma fusão. 

Os resultados da equipa fornecem um contexto importante relativamente à formação de binários de buracos negros supermassivos após fusões galácticas, mas também apoiam a ideia de que a massa de tais binários é essencial para impedir que os buracos negros sigam o exemplo.

A equipe não tem certeza se esses dois buracos negros supermassivos neste binário mais pesado já detectado superarão essa pausa para eventualmente se fundirem ou se ficarão permanentemente presos no limbo da fusão.

"Estamos ansiosos para acompanhar as investigações do núcleo do B2 0402 + 379, onde veremos quanto gás está presente", disse o principal autor da pesquisa e estudante de graduação em Stanford, Tirth Surti. "Isto deverá dar-nos mais informações sobre se os buracos negros supermassivos podem eventualmente fundir-se ou se permanecerão encalhados como binários."

Uma forma de travar este impasse supermassivo é se outra galáxia se fundir com B2 0402+379, lançando assim muito mais estrelas, gás e outro buraco negro supermassivo na mistura e perturbando este delicado equilíbrio. O facto de B2 0402+379 ser uma galáxia fóssil intacta durante milhares de milhões de anos torna este cenário provável, no entanto.

Uma coisa que esta investigação garante é a utilidade dos dados de arquivo de telescópios como o Gemini Norte, que se emparelha com o telescópio Gemini Sul localizado numa montanha nos Andes chilenos para formar o Observatório Internacional Gemini, para os astrónomos.

“O arquivo de dados que serve o Observatório Internacional Gemini contém uma mina de ouro de descobertas científicas inexploradas”, disse Martin Still, diretor do programa da Nation Science Foundation para o Observatório Internacional Gemini. "As medições de massa deste buraco negro binário supermassivo extremo são um exemplo inspirador do impacto potencial de novas pesquisas que exploram esse rico arquivo."

A pesquisa da equipe é publicada no Astrophysical Journal.

Fonte: Space.com