Buracos negros supermassivos em galáxias próximas à beira da colisão: WebCuriosos

As colisões de galáxias são eventos fundamentais no Universo. Acontecem quando dois sistemas misturam estrelas numa dança cósmica.

Eles também causam fusões espetaculares de buracos negros supermassivos. O resultado é uma galáxia muito alterada e um buraco negro singular e ultramassivo.

Esses eventos colossais são uma força importante na evolução das galáxias. É assim que galáxias menores se combinam para formar galáxias cada vez maiores. Tais fusões têm ocorrido desde as primeiras épocas do tempo cósmico.

As fusões de galáxias continuam até hoje. A nossa Via Láctea continua a engolir os mais pequenos e irá colidir com a Galáxia de Andrómeda dentro de alguns milhares de milhões de anos. Quando isso acontecer, os buracos negros supermassivos de ambas as galáxias também poderão se fundir.

Não vemos todo o processo do início ao fim porque leva milhões de anos para ser concluído. No entanto, isso não impede os astrónomos de procurarem – e encontrarem – evidências de colisões entre galáxias e buracos negros supermassivos.

A última descoberta usou o Telescópio Espacial Hubble (HST) para detectar três 'pontos quentes' de luz visível e brilhante nas profundezas de um par de galáxias em colisão. Estes alvos estão relativamente perto de nós – apenas a cerca de 800 milhões de anos-luz de distância.

Os astrônomos acompanharam as observações do Chandra e dados de rádio do Karl G. Jansky Very Large Array.

Normalmente, galáxias com núcleos brilhantes, chamados núcleos galácticos ativos (abreviadamente AGN), existem muito longe. Eles são frequentemente vistos anteriormente no tempo cósmico. A oportunidade de estudar uma galáxia e um par de buracos negros supermassivos numa colisão no Universo próximo “moderno” é um bom momento para estudar a mecânica de tal evento.

Detectando colisões incipientes de buracos negros supermassivos

A descoberta de uma futura colisão cósmica ocorreu quando a Advanced Camera for Surveys do HST detectou três picos de difração óptica no coração de uma galáxia em colisão chamada MCG-03-34-64.

Dois desses pontos quentes parecem muito próximos – separados por apenas cerca de 300 anos-luz. Eles rastreiam a presença de gás oxigênio no núcleo. Está sendo ionizado por algo muito energético e os pontos quentes surpreenderam os astrônomos. (O terceiro ponto quente não é bem compreendido.)

“Não esperávamos ver algo assim”, disse Anna Trindade Falcão, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian em Cambridge, Massachusetts. “Esta visão não é uma ocorrência comum no Universo próximo e diz-nos que há algo mais a acontecer dentro da galáxia.”

Falcão e seus colegas queriam saber o que estava acontecendo para causar esses pontos positivos. Então, eles usaram o observatório de raios X Chandra para focar na ação.

“Quando olhamos para MCG-03-34-64 na banda de raios X, vimos duas fontes poderosas e separadas de emissão de alta energia, coincidentes com os pontos ópticos brilhantes de luz vistos pelo Hubble. Juntamos essas peças e concluímos que provavelmente estávamos a olhar para dois buracos negros supermassivos muito próximos,” disse Falcão.

A equipe também encontrou observações desses objetos em dados de arquivo de radiotelescópios. Essas poderosas emissões de rádio provaram que o par de buracos negros existe e está cada vez mais próximo.

“Quando vemos luz brilhante em comprimentos de onda ópticos, de raios X e de rádio, muitas coisas podem ser descartadas, deixando a conclusão de que estes só podem ser explicados como buracos negros próximos”, observou Falcão. “Quando você junta todas as peças, obtém a imagem da dupla AGN.”

A próxima colisão

Estes buracos negros supermassivos centrais irão colidir dentro de talvez cem milhões de anos.

Cada um está no centro de uma única galáxia. À medida que essas galáxias se aproximam cada vez mais, os buracos negros nos seus corações começarão a interagir. Eventualmente, eles se fundirão em um evento poderoso, emitindo ondas gravitacionais como parte do processo.

Os astrónomos sugerem (através de simulações e observações) que as fusões de galáxias com buracos negros supermassivos desencadeiam muita atividade. À medida que as colisões prosseguem, o gás interestelar flui em direção aos centros galácticos.

Também fica comprimido em outras regiões e ambas as atividades desencadeiam explosões de formação estelar. Algum gás também se acumula nesses buracos negros supermassivos centrais, causando aumento de emissões à medida que o material espirala através do disco de acreção.

Essas fusões acontecem continuamente no Universo. Modelos de evolução galáctica, juntamente com evidências observacionais, sugerem que muitos AGNs no coração das galáxias experimentam fusões. A colisão de pares de buracos negros supermassivos dentro desses AGNs também sugere que esses buracos negros crescem através de fusões.

Colisões de buracos negros supermassivos e detecções futuras

Compreender a fusão de AGNs próximos, como os vistos no MCG MCG-03-34-64, oferece uma janela única para os estágios finais do que os astrônomos chamam de coalescência binária SMBH.

Tais eventos são e continuarão a ser uma forma importante de medir os efeitos destas fusões. Eles oferecerão um rico campo de estudo usando observatórios sensíveis à luz em todo o espectro, bem como futuros detectores de ondas gravitacionais.

Essas detecções exigirão versões avançadas do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), que fez suas primeiras detecções há apenas alguns anos. Ondas gravitacionais induzidas pela fusão de buracos negros supermassivos serão o alvo de futuros instrumentos como o LISA (abreviação de Laser Interferometer Space Antenna).

Ele implantará três detectores espaciais separados por milhões de quilômetros para capturar as ondas gravitacionais de longo comprimento de onda emitidas quando buracos negros gigantes como os do MCG-03-34-64 colidem.

Uma vez que essas fusões ocorrem em todo o Universo, será um rico campo de estudo que contribuirá grandemente para a nossa compreensão das fusões de galáxias como parte da evolução cósmica.

Este artigo foi publicado originalmente por Universo hoje. Leia o artigo original.