Para todos os efeitos práticos, estrelas viajando pelo espaço nunca colidem umas com as outras. A proporção entre o diâmetro de um sol semelhante a uma estrela e sua distância até a próxima estrela vizinha é de cerca de 1:10 milhões. Galáxias colidem, no entanto. A separação entre nossa Via Láctea e a vizinha galáxia de Andrômeda é de impressionantes 2,2 milhões de anos-luz. Essa é uma proporção de apenas 1:20. E eventualmente haverá uma colisão e fusão entre os dois gigantes.
Núcleos de duas galáxias estão em rota de colisão
Quando as galáxias colidem, seus buracos negros se fundem em um buraco negro gigante. Quase todas as galáxias contêm buracos negros supermassivos em seus centros. O Telescópio Espacial Hubble e o Observatório de Raios X Chandra observaram o coração de um par de galáxias em colisão e descobriram buracos negros supermassivos gêmeos dançando em torno um do outro. A dupla de buracos negros, ingurgitada com gás em queda, brilha intensamente como núcleos galácticos ativos (AGN). Eles estão a aproximadamente 300 anos-luz de distância – o par de AGN mais próximo visto em comprimentos de onda de luz visível e raios X.
Hubble da NASA e Chandra encontram dupla de buracos negros supermassivos
Como dois lutadores de sumô se enfrentando, o par mais próximo confirmado de buracos negros supermassivos foi observado em estreita proximidade. Eles estão localizados a aproximadamente 300 anos-luz de distância e foram detectados usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Observatório de Raios X Chandra. Esses buracos negros, enterrados profundamente dentro de um par de galáxias em colisão, são alimentados por gás e poeira em queda, fazendo com que brilhem intensamente como núcleos galácticos ativos (AGN).
Este par de AGN é o mais próximo detectado no universo local usando observações de vários comprimentos de onda (luz visível e raios X). Embora várias dezenas de buracos negros “duais” tenham sido encontrados antes, suas separações são tipicamente muito maiores do que o que foi descoberto na galáxia rica em gás MCG-03-34-64. Astrônomos usando radiotelescópios observaram um par de buracos negros binários em proximidade ainda maior do que em MCG-03-34-64, mas sem confirmação em outros comprimentos de onda.
Binários AGN como este eram provavelmente mais comuns no universo primitivo, quando as fusões de galáxias eram mais frequentes. Esta descoberta fornece uma visão única de perto de um exemplo próximo, localizado a cerca de 800 milhões de anos-luz de distância.
Insights fortuitos do Hubble e do Chandra
A descoberta foi fortuita. As imagens de alta resolução do Hubble revelaram três picos de difração óptica aninhados dentro da galáxia hospedeira, indicando uma grande concentração de gás oxigênio brilhante em uma área muito pequena. “Não esperávamos ver algo assim”, disse Anna Trindade Falcão do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, autora principal do artigo publicado hoje (9 de setembro) no The Astrophysical Journal. “Essa visão não é uma ocorrência comum no universo próximo e nos disse que há algo mais acontecendo dentro da galáxia.”
Picos de difração são artefatos de imagem causados “”quando a luz de uma região muito pequena no espaço se curva ao redor do espelho dentro dos telescópios.
A equipe de Falcão então examinou a mesma galáxia em raios X usando o observatório Chandra para descobrir o que está acontecendo. “Quando olhamos para MCG-03-34-64 na banda de raios X, vimos duas fontes separadas e poderosas de emissão de alta energia coincidentes com os pontos ópticos brilhantes de luz vistos com o Hubble. Juntamos essas peças e concluímos que provavelmente estávamos olhando para dois buracos negros supermassivos muito próximos”, disse Falcão.
Interpretando sinais em comprimentos de onda
Para dar suporte à interpretação, os pesquisadores usaram dados de rádio de arquivo do Karl G. Jansky Very Large Array perto de Socorro, Novo México. A dupla energética de buracos negros também emite ondas de rádio poderosas. “Quando você vê luz brilhante em comprimentos de onda ópticos, raios X e rádio, muitas coisas podem ser descartadas, deixando a conclusão de que elas só podem ser explicadas como buracos negros próximos. Quando você junta todas as peças, isso lhe dá a imagem da dupla AGN”, disse Falcão.
A terceira fonte de luz brilhante vista pelo Hubble é de origem desconhecida, e mais dados são necessários para entendê-la. Pode ser gás que é chocado pela energia de um jato de plasma de ultra alta velocidade disparado de um dos buracos negros, como um jato de água de uma mangueira de jardim explodindo em uma pilha de areia.
“Não seríamos capazes de ver todas essas complexidades sem a resolução incrível do Hubble”, disse Falcão.
Implicações futuras e pesquisa em andamento:
Os dois buracos negros supermassivos já estiveram no centro de suas respectivas galáxias hospedeiras. Uma fusão entre as galáxias aproximou os buracos negros. Eles continuarão a se aproximar em espiral até que eventualmente se fundam – em talvez 100 milhões de anos – sacudindo o tecido do espaço e do tempo como ondas gravitacionais.
O Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) da National Science Foundation detectou ondas gravitacionais de dezenas de fusões entre buracos negros de massa estelar. Mas os comprimentos de onda mais longos resultantes de uma fusão de buracos negros supermassivos estão além das capacidades do LIGO. O detector de ondas gravitacionais de próxima geração, chamado de missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna), consistirá em três detectores no espaço, separados por milhões de milhas, para capturar essas ondas gravitacionais de comprimento de onda mais longo do espaço profundo. A ESA (Agência Espacial Europeia) está liderando esta missão, em parceria com a NASA e outras instituições participantes, com um lançamento planejado para meados da década de 2030.
Publicado em 10/09/2024 10h42
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