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ABELL 2261: À PROCURA DE UM BURACO NEGRO GIGANTE DESAPARECIDO
22 de dezembro de 2020

 


Esta imagem de Abell 2261 contém dados de raios-X pelo Chandra que mostra gás quente permeando o enxame bem como dados óticos pelo Hubble e pelo Subaru que mostram as galáxias do enxame e galáxias no plano de fundo. Os astrónomos usaram estes telescópios para procurar, na galáxia no centro da imagem, evidências de um buraco negro com uma massa estimada entre 3 e 100 mil milhões de vezes a massa do Sol. Não encontraram sinais do buraco negro, aprofundando o mistério do que está a acontecer neste sistema.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/Universidade do Michigan/K. Gültekin; ótico - NASA/STScI e NAOJ/Subaru; infravermelho - NSF/NOAO/KPNO; rádio - NSF/NOAO/VLA

 

O paradeiro de um buraco negro supermassivo acabou de ficar mais misterioso.

Apesar da procura com o Observatório de raios-X Chandra e com o Telescópio Espacial Hubble, os astrónomos não conseguem encontrar um buraco negro distante com uma massa estimada entre 3 mil milhões e 100 mil milhões de vezes a massa do Sol.

Este buraco negro ausente deve estar na enorme galáxia no centro do enxame galáctico Abell 2261, localizado a aproximadamente 2,7 mil milhões de anos-luz da Terra. Esta imagem composta de Abell 2261 contém dados óticos do Hubble e do Telescópio Subaru, mostrando galáxias do enxame e galáxias no plano de fundo, e dados do Chandra, mostrando gás quente (em tons de cor-de-rosa) permeando o enxame. O meio da imagem mostra a grande galáxia elíptica no centro do aglomerado.

Quase todas as grandes galáxias do Universo contêm um buraco negro supermassivo no seu centro, com uma massa milhões ou milhares de milhões de vezes a do Sol. Já que a massa de um buraco negro central geralmente acompanha a massa da própria galáxia, os astrónomos esperam que a galáxia no centro de Abell 2261 contenha um buraco negro supermassivo que rivaliza com a massa de alguns dos maiores buracos negros conhecidos no Universo.

Usando dados do Chandra obtidos em 1999 e 2004, os astrónomos já haviam procurado, no centro da grande galáxia central de Abell 2261, sinais de um buraco negro supermassivo. Procuraram material que foi superaquecido enquanto caía em direção ao buraco negro e que produziu raios-X, mas não detetaram tal fonte.

Agora, com novas e mais longas observações do Chandra obtidas em 2018, uma equipa liderada por Kayhan Gultekin da Universidade do Michigan em Ann Arbor realizou uma busca mais profunda pelo buraco negro no centro da galáxia. Também consideraram uma explicação alternativa, na qual o buraco negro foi ejetado do centro da galáxia hospedeira. Este evento violento pode ter resultado da fusão de duas galáxias para formar a galáxia observada, acompanhada pela fusão dos dois buracos negros de cada galáxia num enorme buraco negro.

Quando os buracos negros se fundem, produzem ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Se a enorme quantidade de ondas gravitacionais geradas por tal evento fosse mais forte numa direção do que noutra, a teoria prevê que o novo buraco negro ainda mais massivo teria sido enviado para longe do centro da galáxia na direção oposta. É o que se chama de buraco negro em recuo.

Os astrónomos não encontraram evidências definitivas de buracos negros em recuo e nem se sabe se os buracos negros supermassivos chegam perto o suficiente uns dos outros para produzir ondas gravitacionais e se fundirem; até agora, os astrónomos apenas verificaram as fusões de buracos negros muito mais pequenos. A deteção de buracos negros supermassivos em recuo encorajaria os cientistas a usar e desenvolver observatórios para procurar ondas gravitacionais de buracos negros supermassivos que se fundem.

Abell 2261 é um excelente enxame no qual procurar um buraco negro em recuo porque existem dois sinais indiretos da fusão entre dois buracos negros supermassivos. Em primeiro lugar, os dados das observações óticas do Hubble e do Subaru revelam um núcleo gigantesco - a região central onde o número de estrelas na galáxia, numa dada região, está perto ou é igual ao valor máximo - que é muito maior do que o esperado para uma galáxia do seu tamanho. O segundo sinal é que a concentração mais densa de estrelas na galáxia está a mais de 2000 anos-luz de distância do centro galáctico, o que é surpreendentemente distante.

Estas características foram identificadas pela primeira vez por Marc Postman do STScI (Space Telescope Science Institute) e colaboradores nas suas imagens anteriores pelo Hubble e pelo Subaru, e levaram-nos a sugerir a ideia de um buraco negro fundido em Abell 2261. Durante uma fusão, o buraco negro supermassivo de cada galáxia "afunda" em direção ao centro da galáxia recém-coalescida. Se ficarem ligados um ao outro pela gravidade e a sua órbita começar a encolher, espera-se que os buracos negros interajam com as estrelas circundantes e as ejetem do centro da galáxia. Isto explicaria o grande núcleo de Abell 2261. A concentração estelar fora do centro também pode ter sido causada por um evento violento, como a fusão de dois buracos negros supermassivos e o subsequente recuo de um único e maior buraco negro resultante.

Embora existam indícios da ocorrência de uma fusão entre buracos negros, nem os dados do Chandra nem os do Hubble mostram evidências do próprio buraco negro. Gultekin e a maioria dos seus coautores, liderados por Sarah Burke-Spolaor da Universidade da Virgínia Ocidental, já haviam usado o Hubble para procurar um aglomerado de estrelas que pode ter sido transportado por um buraco negro em recuo. Estudaram três aglomerados perto do centro da galáxia e examinaram se os movimentos das estrelas nesses aglomerados são altos o suficiente para sugerir que contêm um buraco negro com dez mil milhões de vezes a massa do Sol. Não encontraram evidências claras de um buraco negro em dois dos aglomerados e as estrelas no outro eram demasiado fracas para produzir conclusões úteis.

Também estudaram previamente observações de Abell 2261 com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF. A emissão de rádio detetada perto do centro da galáxia mostrou evidências de atividade de um buraco negro supermassivo ocorrida há 50 milhões de anos, mas não indica que o centro da galáxia atualmente contém um buraco negro.

Voltaram-se então para o Chandra em busca de material que havia sido superaquecido e produzido raios-X ao cair em direção ao buraco negro. Embora os dados do Chandra tenham revelado que o gás quente mais denso não estava no centro da galáxia, não revelaram nenhuma possível assinatura de raios-X de um buraco negro em crescimento - não foi encontrada nenhuma fonte de raios-X no centro do enxame galáctico, ou em qualquer um dos aglomerados estelares, ou no local da emissão de rádio.

Os autores concluíram que ou não há nenhum buraco negro nestes locais ou que está a puxar o material demasiado devagar para produzir um sinal de raios-X detetável.

O mistério da localização deste gigantesco buraco negro continua. Embora a procura não tenha sido bem-sucedida, permanece a esperança para os astrónomos que procurem este buraco negro supermassivo no futuro. Uma vez lançado, o Telescópio Espacial James Webb poderá revelar a presença de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia ou num dos aglomerados de estrelas. Se o Webb não conseguir encontrar o buraco negro, então a melhor explicação é que o buraco negro recuou bem para fora do centro da galáxia.

 

 


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Esta ampliação da galáxia central de Abell 2261 contém dados de raios-X pelo Chandra que mostra gás quente permeando o enxame bem como dados óticos pelo Hubble e pelo Subaru que mostram as galáxias do enxame e galáxias no plano de fundo. Os astrónomos usaram estes telescópios para procurar, na galáxia no centro da imagem, evidências de um buraco negro com uma massa estimada entre 3 e 100 mil milhões de vezes a massa do Sol. Não encontraram sinais do buraco negro, aprofundando o mistério do que está a acontecer neste sistema.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/Universidade do Michigan/K. Gültekin; ótico - NASA/STScI e NAOJ/Subaru; infravermelho - NSF/NOAO/KPNO; rádio - NSF/NOAO/VLA


// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade do Michigan (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Detetores: como funcionam - Universe Today
As fontes de ondas gravitacionais - Universe Today
O que é uma onda gravitacional (YouTube)

Observatório de raios-X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais

Telescópio Subaru:
NAOJ
Wikipedia

VLA:
Página oficial
NRAO
Wikipedia

 
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