Sgr A * formado pela colisão de um buraco negro há 9 bilhões de anos: WebCuriosos
Grandes galáxias como a nossa são anfitriãs de Buracos Negros Supermassivos (SMBHs). Eles podem ser tão massivos que resistem à compreensão, com alguns deles tendo bilhões de vezes mais massa que o Sol.
O nosso, chamado Sagitário A* (Sgr A*), é um pouco mais modesto, com cerca de quatro milhões de massas solares.
Os astrofísicos estudaram o Sgr A* para aprender mais sobre ele, incluindo a sua idade. Dizem que se formou há cerca de nove bilhões de anos.
SMBHs são os objetos mais sedutores do Universo. Eles são tão massivos que sua atração gravitacional pode capturar a luz. Eles são cercados por um anel giratório de material chamado disco de acreção, que alimenta o buraco com material.
Quando estão se alimentando ativamente, são chamados de núcleos galácticos ativos (AGN). Os AGNs mais luminosos são chamados de quasares e podem ofuscar galáxias inteiras.
Como podem os cientistas determinar a idade destes objetos confusos? Como podem eles saber quando o nosso buraco negro, Sgr A*, se formou? Coletando dados, reunindo-os e executando simulações.
Este esforço começou para valer em abril de 2017, quando o Telescópio Horizonte de Eventos (EHT) observou o buraco negro no centro da galáxia M87. Essa foi a primeira vez que vimos a imagem de um buraco negro, e isso foi seguido em 2022, quando o EHT observou Sgr A*.
Uma nova pesquisa publicada na Nature Astronomy baseou-se em observações do EHT para determinar a idade e origem de Sgr A*. É intitulado “Evidência de uma fusão passada do buraco negro do Centro Galáctico.“Os autores são Yihan Wang e Bing Zhang, ambos astrofísicos da Universidade de Nevada, em Las Vegas.
Os buracos negros crescem de duas maneiras. Eles acumulam matéria ao longo do tempo e se fundem. Os astrofísicos acreditam que é necessária uma fusão de galáxias para formar um SMBH, e Sgr A* não é diferente. Provavelmente foi formado por meio de uma fusão, embora também agregue material.
Sgr A* é incomum. Ele gira rapidamente e está desalinhado em relação à Via Láctea. Isto é evidência de uma fusão passada, de acordo com Wang e Zhang, possivelmente com uma galáxia satélite há muito desaparecida chamada Gaia-Encélado.
“O Event Horizon Telescope (EHT) forneceu imagens diretas do SMBH Sgr A* no centro da Via Láctea, indicando que provavelmente gira rapidamente com o seu eixo de rotação significativamente desalinhado em relação ao momento angular do plano galáctico”, escrevem os autores no seu artigo.
A dupla de pesquisadores usou simulações de computador para modelar o impacto que uma fusão teria no buraco negro da Via Láctea.
“Através da investigação de vários modelos de crescimento de SMBH, aqui mostramos que as propriedades de spin inferidas de Sgr A* fornecem evidências de uma fusão de SMBH no passado”, escrevem os autores.
O seu trabalho mostra que uma fusão de razão de massa de 4:1 com uma configuração orbital altamente inclinada pode explicar o que mostram as observações EHT de Sgr A*.
“Inspirado na fusão entre a Via Láctea e Gaia-Encélado, que tem uma proporção de massa de 4:1, conforme inferido de Gaia dados, descobrimos que uma grande fusão 4:1 de SMBH com um ângulo de inclinação de momento angular binário de 145-180 graus em relação à linha de visão (LOS) pode replicar com sucesso as propriedades de spin medidas de Sgr A*,” o autores explicam em seu trabalho.
“Esta fusão provavelmente ocorreu há cerca de 9 mil milhões de anos, após a fusão da Via Láctea com a galáxia Gaia-Enceladus,” disse Zhang, um distinto professor de física e astronomia na UNLV e diretor fundador do Centro de Astrofísica do Nevada.
“Este evento não apenas fornece evidências da teoria hierárquica da fusão de buracos negros mas também fornece insights sobre a história dinâmica da nossa galáxia.”
“Esta descoberta abre caminho para a nossa compreensão de como os buracos negros supermassivos crescem e evoluem”, disse o autor principal Wang num comunicado de imprensa. “O alto spin desalinhado de Sgr A* indica que ele pode ter se fundido com outro buraco negro, alterando dramaticamente sua amplitude e orientação de spin.”
“Este evento de fusão em nossa galáxia fornece suporte observacional potencial para a teoria de fusões hierárquicas de BH na formação e crescimento de SMBHs”, escrevem os autores em sua conclusão.
Quando as galáxias se fundem, o mesmo acontece com os seus buracos negros centrais. Embora isto tenha sido em grande parte teórico, os observatórios de ondas gravitacionais estão a detectar um número crescente de fusões de buracos negros.
No entanto, devido à faixa de frequência dos nossos observatórios, eles detectaram apenas fusões de buracos negros de massa estelar. As fusões SMBH produziriam frequências de ondas gravitacionais muito mais baixas que estão além do alcance de detectores como LIGO/Virgo/KAGRA. Os detectores do sistema estão muito próximos para detectar as frequências mais baixas.
Os autores também apontam para taxas de fusão de SMBH determinadas em outras simulações como a Simulações do Milênioo que sugere que pode haver centenas ou milhares todos os anos no Universo observável.
“A taxa de fusão inferida, consistente com as previsões teóricas, sugere uma taxa de detecção promissora de fusões SMBH para detectores de ondas gravitacionais espaciais que deverão operar na década de 2030.”
Existem planos para construir instalações que possam detectar essas frequências mais baixas de fusões de SMBH. A ESA e a NASA estão planejando uma missão chamada LISA (Antena Espacial de Interferômetro Laser) que pode detectar essas ondas. O LISA consistirá em três espaçonaves trabalhando juntas como um interferômetro. Cada espaçonave teria 2,5 milhões de km de comprimento.
SMBHs são alguns dos objetos mais intrigantes do Universo e são difíceis de estudar. No entanto, mesmo na ausência de qualquer evidência de ondas gravitacionais de fusões SMBH, esta investigação ajuda a preparar o terreno para aprofundar a nossa compreensão destas fusões quando elas ocorrem.
Este artigo foi publicado originalmente por Universo hoje. Leia o artigo original.
