Como dois lutadores de sumo em confronto, o par mais próximo, confirmado, de buracos negros supermassivos foi observado em íntima proximidade. Estão separados por cerca de 300 anos-luz e foram detetados pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Observatório de Raios X Chandra. Estes buracos negros, enterrados nas profundezas de um par de galáxias em colisão, são alimentados por gás e poeira em queda, fazendo-os brilhar intensamente como núcleos galácticos ativos (NGAs).

Este par de NGAs é o mais próximo detetado no Universo local através de observações em vários comprimentos de onda (luz visível e raios X). Embora já tenham sido encontradas várias dezenas de buracos negros "duplos", as suas separações são tipicamente muito maiores do que a que foi descoberta na galáxia rica em gás MCG-03-34-64. Os astrónomos que utilizam radiotelescópios observaram um par de buracos negros binários ainda mais próximos do que na galáxia MCG-03-34-64, mas sem confirmação noutros comprimentos de onda.

NGAs binários como este eram provavelmente mais comuns no início do Universo, quando as fusões galácticas eram mais frequentes. Esta descoberta proporciona um olhar de perto único de um exemplo próximo, localizado a cerca de 800 milhões de anos-luz de distância.

A descoberta foi fortuita. As imagens de alta resolução do Hubble revelaram três picos óticos de difração aninhados no interior da galáxia hospedeira, indicando uma grande concentração de brilhante gás oxigénio numa área muito pequena. "Não estávamos à espera de ver algo assim," disse Anna Trindade Falcão do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian em Cambridge, no estado norte-americano de Massachusetts, autora principal do artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal. "Esta visão não é uma ocorrência comum no Universo próximo e diz-nos que há algo mais a acontecer no interior da galáxia."

Uma imagem, em luz visível e pelo Telescópio Espacial Hubble, da galáxia MCG-03-34-064. A visão nítida do Hubble revela três pontos brilhantes distintos, inseridos numa elipse branca no centro da galáxia (ampliados numa imagem inserida no canto superior direito). Dois destes pontos brilhantes são a fonte de uma forte emissão de raios-X, um sinal revelador de que são buracos negros supermassivos. Os buracos negros brilham intensamente porque estão a converter em energia a matéria em queda, e atravessam o espaço como núcleos galácticos ativos. A sua separação é de cerca de 300 anos-luz. O terceiro ponto é uma mancha de gás brilhante. A linha azul que aponta para a posição das 5 horas pode ser um jato disparado de um dos buracos negros. O par de buracos negros é o resultado de uma fusão entre duas galáxias que acabarão por colidir. Crédito: NASA, ESA, Anna Trindade Falcão (CfA); processamento - Joseph DePasquale (STScI)

Os picos de difração são artefactos de imagem causados quando a luz de uma região muito pequena do espaço se dobra à volta do espelho dentro dos telescópios.

A equipa de Falcão examinou então a mesma galáxia em raios X, utilizando o observatório Chandra, para perceber o que se passava. "Quando olhámos para MCG-03-34-64 na banda dos raios X, vimos duas fontes separadas e poderosas de emissão altamente energética coincidentes com os pontos de luz óticos e brilhantes vistos com o Hubble. Juntámos estas peças do puzzle e concluímos que provavelmente estávamos a olhar para dois buracos negros supermassivos muito próximos", disse Falcão.

Para apoiar a sua interpretação, os investigadores utilizaram dados de arquivo do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), perto de Socorro, Novo México, EUA. O duo de buracos negros energéticos também emite poderosas ondas de rádio. "Quando se vê luz brilhante em comprimentos de onda óticos, em raios X e no rádio, muitas coisas podem ser excluídas, deixando a conclusão de que só podem ser explicados como buracos negros próximos. Quando se juntam todas as peças, obtém-se a imagem do NGA duplo", disse Falcão.

A terceira fonte de luz brilhante observada pelo Hubble é de origem desconhecida e são necessários mais dados para a compreender. Poderá tratar-se de gás que é chocado pela energia de um jato de plasma altamente veloz disparado de um dos buracos negros, como um jato de água de uma mangueira de jardim que atinge um monte de areia.

"Não seríamos capazes de ver todas estas complexidades sem a fantástica resolução do Hubble", disse Falcão.

Os dois buracos negros supermassivos estiveram outrora no centro das suas respetivas galáxias hospedeiras. Uma fusão entre as galáxias aproximou os buracos negros. Continuarão a espiralar na direção um do outro até acabarem por se fundir - dentro de talvez 100 milhões de anos - agitando o tecido do espaço e do tempo sob a forma de ondas gravitacionais.

O LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da NSF (National Science Foundation) detetou ondas gravitacionais de dezenas de fusões de buracos negros de massa estelar. Mas os comprimentos de onda mais longos, resultantes da fusão de um buraco negro supermassivo, estão para além das capacidades do LIGO. A próxima geração de detetores de ondas gravitacionais, designada por missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna), consistirá em três detetores no espaço, separados por milhões de quilómetros, para captar estas ondas gravitacionais de maior comprimento de onda provenientes do espaço profundo. A ESA está a liderar esta missão, em parceria com a NASA e outras instituições participantes, com um lançamento previsto para meados da década de 2030.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Notícias relacionadas:
Universe Today
SPACE.com
PHYSORG
ScienceAlert
PHYSORG
CNN
Gizmodo

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

NGAs (Núcleos Galácticos Ativos):
Wikipedia

Pico de difração:
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
Hubblesite
STScI
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST
Wikipedia

Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia

VLA (Karl G. Jansky Very Large Array):
Página principal
NRAO
Wikipedia