Vários grupos de investigação internacionais já confirmaram a teoria de que existem dois buracos negros no centro da distante galáxia OJ 287, sugerida pela primeira vez por astrónomos da Universidade de Turku, na Finlândia. Um novo estudo mostra que observações de satélite, efetuadas em 2021, revelaram pela primeira vez o buraco negro mais pequeno do par.

Em 2021, o caçador de exoplanetas da NASA foi apontado para a galáxia OJ 287 para ajudar os astrónomos a confirmar a teoria inicialmente proposta por investigadores da Universidade de Turku, na Finlândia, de dois buracos negros no centro da galáxia.

O TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) foi concebido para descobrir milhares de exoplanetas em órbita das estrelas anãs mais brilhantes do céu. O TESS está a encontrar planetas que vão desde pequenos mundos rochosos a planetas gigantes, mostrando a diversidade de planetas na nossa Galáxia. Até agora, encontrou 410 exoplanetas confirmados ou "novos mundos" em torno de outras estrelas que não o Sol.

Em 2021, o TESS passou várias semanas a estudar outro tipo de sistema, uma galáxia distante chamada OJ 287. Os investigadores encontraram evidências indiretas de que um buraco negro muito massivo, em OJ 287, está a orbitar um buraco negro gigante 100 vezes maior.

Para verificar a existência do buraco negro mais pequeno, o TESS monitorizou o brilho do buraco negro primário e o jato a ele associado. A observação direta do buraco negro mais pequeno, a orbitar o maior, é muito difícil, mas a sua presença foi revelada aos investigadores por uma súbita explosão de brilho. Este tipo de evento nunca tinha sido observado em OJ 287, mas o investigador Pauli Pihajoki, da Universidade de Turku, na Finlândia, previu o acontecimento na sua tese de doutoramento já em 2014. De acordo com a sua dissertação, o próximo surto deveria ter lugar no final de 2021 e, na altura, vários satélites e telescópios estavam focados no objeto.

A explosão observada aparece como um forte aumento na curva de luz das observações de satélite, mostrando como um objeto de outra forma consistentemente fraco brilha repentina e acentuadamente. No canto superior, a erupção observada é mostrada com mais pormenor. A quantidade de luz emitida na explosão é equivalente ao brilho de cerca de 100 galáxias. Crédito: Kishore et al., 2024

O satélite TESS detetou a esperada erupção no dia 12 de novembro de 2021, às 2 horas da manhã (GMT), e as observações foram recentemente publicadas num estudo de Shubham Kishore, Alok Gupta (ARIES, ou Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences, na Índia) e Paul Wiita (TCNJ, ou The College of New Jersey, nos EUA). O evento durou apenas 12 horas. Esta curta duração mostra que é muito difícil encontrar uma explosão de grande brilho, a menos que o seu momento seja conhecido com antecedência. Neste caso, a teoria dos investigadores de Turku provou estar correta e o TESS foi direcionado para OJ 287 no momento certo. A descoberta foi também confirmada pelo telescópio Swift da NASA, que também estava apontado para o mesmo alvo.

Além disso, uma grande colaboração internacional liderada por Staszek Zola da Universidade Jaguelónica em Cracóvia, Polónia, detetou o mesmo evento utilizando telescópios em diferentes partes da Terra, de modo a que fosse sempre noite, pelo menos numa das localizações dos telescópios, durante toda a duração do dia. Adicionalmente, um grupo da Universidade de Boston, nos EUA, liderado por Svetlana Jorstad e outros observadores, confirmou a descoberta estudando a polarização da luz antes e depois da erupção.

Num novo estudo que combina todas as observações anteriores, o professor Mauri Valtonen e a sua equipa de investigação da Universidade de Turku mostraram que a explosão de luz de 12 horas veio do buraco negro mais pequeno em órbita e dos seus arredores.

A rápida explosão de brilho ocorre quando o buraco negro mais pequeno "engole" uma grande fatia do disco de acreção que rodeia o buraco negro maior, transformando-o num jato de gás. O jato do buraco negro mais pequeno é então mais brilhante do que o do buraco negro maior durante cerca de doze horas. Isto torna a cor de OJ 287 menos avermelhada, ou amarela, em vez do vermelho normal. Após a explosão, a cor vermelha regressa. A cor amarela indica que, durante o período de 12 horas, estamos a ver a luz do buraco negro mais pequeno. Os mesmos resultados podem ser inferidos a partir de outras características da luz emitida por OJ287 durante o mesmo período de tempo.

"Portanto, podemos agora dizer que 'vimos' um buraco negro em órbita pela primeira vez, da mesma forma que podemos dizer que o TESS viu planetas em órbita de outras estrelas. E tal como acontece com os planetas, é extremamente difícil obter uma imagem direta do buraco negro mais pequeno. De facto, devido à grande distância de OJ 287, que é de cerca de quatro mil milhões de anos-luz, levará provavelmente muito tempo até que os nossos métodos de observação se tenham desenvolvido o suficiente para captar uma imagem até do buraco negro maior", diz o professor Valtonen.

"No entanto, o buraco negro mais pequeno poderá em breve revelar a sua existência de outras formas, uma vez que se espera que emita ondas gravitacionais nano-Hertz. As ondas gravitacionais de OJ 287 devem ser detetáveis nos próximos anos por PTAs (pulsar timing arrays)", diz A. Gopakumar do TIFR (Tata Institute of Fundamental Research), na Índia.

// Universidade de Turku (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)
// Artigo científico por Kishore et al. (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico por Kishore et al. (arXiv.org)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
09/06/2023 - Primeira deteção do buraco negro supermassivo secundário num sistema binário bem conhecido
28/02/2023 - A dança de buracos negros supermassivos
01/05/2020 - Sptizer revela o "timing" preciso de uma dança de dois buracos negros
26/06/2018 - Decifrada a pedra de Roseta dos núcleos galácticos ativos

OJ 287:
Wikipedia

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

PTA (pulsar timing array):
Wikipedia

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite):
NASA
NASA/Goddard
Programa de Investigadores do TESS (HEASARC da NASA)
MAST (Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais)
Exoplanetas descobertos pelo TESS (NASA Exoplanet Archive)

Observatório Neil Gehrels Swift:
NASA
Wikipedia