PAR DE BURACOS NEGROS GIGANTES "FOTOBOMBAM" GALÁXIA DE ANDRÓMEDA
5 de dezembro de 2017
A fonte de raios-X J0045+41.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/Universidade de Washington/T. Dorn-Wallenstein et al.; Ótico - NASA, ESA, J. Dalcanton et al. e R. Gendler
(clique na imagem para ver versão maior)
Parece que até os buracos negros não conseguem resistir à tentação de se inserirem sem aviso prévio em fotografias. Uma "fotobomba" cósmica encontrada como objeto de fundo em imagens da vizinha Galáxia de Andrómeda revelou o que poderá ser o par de buracos negros supermassivos mais íntimos já vistos.
Os astrónomos fizeram esta notável descoberta usando dados de raios-X obtidos pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA e dados óticos de telescópios terrestres, o Gemini-Norte no Hawaii e o PTF (Palomar Transient Factory) no estado norte-americano da Califórnia.
Esta fonte invulgar, chamada LGGS J004527.30+413254.3 (ou J0045+41), foi vista em imagens óticas e em raios-X de Andrómeda, também conhecida como M31. Até recentemente, os cientistas pensavam que J0045+41 era um objeto no interior de M31, uma grande galáxia espiral localizada relativamente perto a uma distância de aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz da Terra. No entanto, os novos dados revelaram que J0045+41 está na verdade a uma distância muito maior, a cerca de 2,6 mil milhões de anos-luz da Terra.
"Estávamos à procura de um tipo especial de estrela em M31 e pensávamos ter encontrado uma," afirma Trevor Dorn-Wallenstein da Universidade de Washington, em Seattle, Washington, EUA, que liderou o artigo que descreve a descoberta. "Ficámos surpresos e entusiasmados por encontrar algo muito mais estranho!"
Ainda mais intrigante do que a grande distância de J0045+41, é provável que contenha um par de buraco negros gigantes em órbita íntima um do outro. A massa total estimada para estes dois buracos negros supermassivos equivale a cerca de duzentos milhões de vezes a massa do nosso Sol.
Anteriormente, uma equipa diferente de astrónomos tinha visto variações periódicas na luz ótica de J0045+41 e, pensando que era um membro de M31, classificou o objeto como um par de estrelas que se orbitavam uma à outra a cada 80 dias.
A intensidade da fonte de raios-X observada pelo Chandra revelou que esta classificação original estava incorreta. Ao invés, J0045+41 ou tinha que ser um sistema binário em M31 que continha uma estrela de neutrões ou buraco negro que puxava material da companheira - o tipo de sistema que Dorn-Wallenstein procurava originalmente em M31 - ou um sistema muito mais massivo e distante que continha pelo menos um buraco negro supermassivo em rápido crescimento.
No entanto, o espectro obtido pelo telescópio Gemini-Norte, levado a cabo por uma equipa da Universidade de Washington, mostrou que J0045+41 hospedava pelo menos um buraco negro supermassivo e permitiu com que os investigadores estimassem a distância. O espectro também forneceu possíveis evidências da presença de um segundo buraco negro em J0045+41 que se movia a uma velocidade diferente da do primeiro, conforme esperado caso os dois buracos negros estivessem a orbitar-se um ao outro.
A equipa então usou dados óticos do PTF para procurar variações periódicas na luz de J0045+41. Encontraram vários períodos em J0045+41, incluindo os de cerca de 80 e 320 dias. A relação entre esses períodos corresponde ao previsto pelo trabalho teórico sobre a dinâmica de dois buracos negros que se orbitam um ao outro.
"Esta é a primeira vez que é encontrada uma evidência tão forte para um par de buracos negros gigantes em órbita um do outro," afirma a coautora Emily Levesque da Universidade de Washington.
Os investigadores estimam que os dois prováveis buracos negros se orbitem um ao outro com uma separação de apenas algumas centenas de vezes a distância entre a Terra e o Sol. Isto corresponde a menos de um centésimo de um ano-luz. Em comparação, a estrela mais próxima do Sol está a cerca de 4 anos-luz.
Tal sistema poderá ser formado como consequência da fusão, há milhares de milhões de anos, de duas galáxias que continham um buraco negro supermassivo cada. À sua pequena separação atual, os dois buracos negros estão inevitavelmente cada vez mais próximos um do outro à medida que emitem ondas gravitacionais.
"Não somos capazes de quantificar exatamente a massa de cada um destes buracos negros," afirma o coautor John Ruan, também da Universidade de Washington. "Dependendo disso, pensamos que este par irá colidir e fundir-se num único buraco negro em tão pouco tempo quanto 350 anos ou no máximo daqui a 360.000 anos."
Caso J0045+41 realmente contenha dois buracos negros em íntima órbita um do outro, estará a emitir ondas gravitacionais. No entanto, o sinal não será detetável nem com o LIGO nem com o Virgo. Estas instalações terrestres detetaram a fusão de buracos negros de massa estelar com não mais de 60 vezes a massa do Sol e, muito recentemente, uma fusão entre duas estrelas de neutrões.
"As fusões de buracos negros supermassivos ocorrem em câmara lenta em comparação com as dos buracos negros de massa estelar," comenta Dorn-Wallenstein. "As mudanças muito mais lentas nas ondas gravitacionais de um sistema como J0045+41 podem, no máximo, ser detetadas por um tipo diferente de instalação de ondas gravitacionais chamado 'Pulse Timing Array'."
O artigo que descreve este resultado foi aceite para publicação na edição de 20 de novembro da revista The Astrophysical Journal e está disponível online.
