Usando os primeiros dados do DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), uma equipa de cientistas compilou a maior amostra de sempre de galáxias anãs que albergam um buraco negro que se alimenta ativamente, bem como a mais extensa coleção de candidatos a buraco negro de massa intermédia até à data. Esta dupla proeza não só expande a compreensão dos cientistas sobre a população de buracos negros no Universo, como também prepara o terreno para novas explorações sobre a formação dos primeiros buracos negros do Universo e o seu papel na evolução das galáxias.

O DESI é um instrumento de última geração que pode captar a luz de 5000 galáxias em simultâneo. Foi construído e é operado com financiamento do Gabinete de Ciência do Departamento de Energia dos EUA. O DESI está montado no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, um programa do NOIRLab da NSF (National Science Foundation). O programa está agora no seu quarto de cinco anos de observação do céu e deverá estudar cerca de 40 milhões de galáxias e quasares até ao final do projeto.

O projeto DESI é uma colaboração internacional de mais de 900 investigadores de mais de 70 instituições de todo o mundo e é gerido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA.

Este mosaico mostra uma série de imagens de candidatas a galáxia anã que hospedam um núcleo galáctico ativo, captadas com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru. Crédito: Legacy Surveys/D. Lang (Instituto Perimeter)/NAOJ/Colaboração HSC/D. de Martin (NOIRLab da NSF) e M. Zamani (NOIRLab da NSF)

Com os primeiros dados do DESI, que incluem a validação do levantamento e 20% do primeiro ano de operações, a equipa, liderada pela investigadora pós-doutorada da Universidade do Utah, Ragadeepika Pucha, conseguiu obter um conjunto de dados sem precedentes que inclui os espetros de 410.000 galáxias, incluindo cerca de 115.000 galáxias anãs - galáxias pequenas e difusas contendo milhares a vários milhares de milhões de estrelas e muito pouco gás. Este conjunto extenso permitiu a Pucha e à sua equipa explorar a complexa interação entre a evolução dos buracos negros e a evolução das galáxias anãs.

Embora os astrofísicos estejam razoavelmente confiantes de que todas as galáxias massivas, como a nossa Via Láctea, albergam buracos negros nos seus centros, o quadro torna-se pouco claro à medida que nos aproximamos do extremo inferior do espetro de massa. Encontrar buracos negros é já um desafio, mas identificá-los em galáxias anãs é ainda mais difícil, devido às suas pequenas dimensões e à capacidade limitada dos nossos instrumentos atuais para resolver as regiões próximas destes objetos. Um buraco negro que se alimenta ativamente é, no entanto, mais fácil de detetar.

"Quando um buraco negro no centro de uma galáxia começa a alimentar-se, liberta uma quantidade tremenda de energia para a sua vizinhança, transformando-se naquilo a que chamamos um núcleo galáctico ativo", diz Pucha. "Esta atividade dramática serve como um farol, permitindo-nos identificar buracos negros escondidos nestas pequenas galáxias".

A partir da sua pesquisa, a equipa identificou um número surpreendente de 2500 candidatas a galáxia anã que albergam um NGA - a maior amostra alguma vez descoberta. A fração significativamente mais elevada de galáxias anãs que albergam um NGA (2%) em relação a estudos anteriores (cerca de 0,5%) é um resultado empolgante e sugere que os cientistas têm estado a perder um número substancial de buracos negros de baixa massa ainda não descobertos.

Numa pesquisa separada dos dados DESI, a equipa identificou 300 candidatos a buraco negro de massa intermédia - a coleção mais extensa até à data. A maioria dos buracos negros ou são leves (menos de 100 vezes a massa do nosso Sol) ou supermassivos (mais de um milhão de vezes a massa do nosso Sol). Os buracos negros que se situam entre estes dois extremos são pouco conhecidos, mas pensa-se que sejam as relíquias dos primeiros buracos negros formados no Universo primitivo e as sementes dos buracos negros supermassivos que se encontram atualmente no centro das grandes galáxias. No entanto, continuam a ser elusivos, com apenas cerca de 100-150 candidatos a buraco negro de massa intermédia conhecidos até agora. Com a grande população descoberta pelo DESI, os cientistas dispõem agora de um novo e poderoso conjunto de dados para estudar estes enigmas cósmicos.

Este mosaico mostra uma série de imagens de candidatos a buraco negro de massa intermédia, organizados por ordem crescente de massa estelar, captadas com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru. Crédito: Legacy Surveys/D. Lang (Instituto Perimeter)/NAOJ/Colaboração HSC/D. de Martin (NOIRLab da NSF) e M. Zamani (NOIRLab da NSF)

"A conceção tecnológica do DESI foi importante para este projeto, em particular o tamanho reduzido da sua fibra, que nos permitiu ampliar o centro das galáxias e identificar as assinaturas subtis dos buracos negros ativos", diz Stephanie Juneau, astrónoma associada do NOIRLab da NSF e coautora do artigo científico. "Com outros espetrógrafos de fibra com fibras maiores, mais luz estelar da periferia da galáxia entra e dilui os sinais que estamos a procurar. Isto explica porque é que conseguimos encontrar uma maior fração de buracos negros ativos neste trabalho em relação a esforços anteriores".

Tipicamente, espera-se que os buracos negros encontrados em galáxias anãs estejam no regime de massa intermédia. Mas, curiosamente, apenas 70 dos candidatos a buraco negro de massa intermédia recentemente descobertos se sobrepõem a candidatos a NGA. Este facto acrescenta outra camada de entusiasmo às descobertas e levanta questões sobre a formação e evolução dos buracos negros nas galáxias.

"Por exemplo, será que existe alguma relação entre os mecanismos de formação dos buracos negros e os tipos de galáxias que eles habitam?" disse Pucha. "O nosso tesouro de novos candidatos ajudar-nos-á a aprofundar estes mistérios, enriquecendo a nossa compreensão dos buracos negros e do seu papel fundamental na evolução das galáxias".

// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Universidade de Portsmouth (comunicado de imprensa)
// ICE-CSIC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Galáxias anãs:
Wikipedia

NGAs (Núcleos Galácticos Ativos):
Wikipedia

Buracos negros:
Wikipedia
Buraco negro de massa estelar (Wikipedia)
Buraco negro de massa intermédia (Wikipedia)
Buraco negro supermassivo (Wikipedia)

DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument):
Página oficial
Wikipedia

Telescópio Mayall:
NOIRLab
Wikipedia
DESI (NOIRLab)