doi.org/10.1038/s41550-024-02358-w
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#Buraco Negro
Grandes galáxias como a nossa são hospedeiras de Buracos Negros Supermassivos (SMBHs). Eles podem ser tão massivos que resistem à compreensão, com alguns deles tendo bilhões de vezes mais massa que o Sol.
O nosso, chamado Sagitário A* (Sgr A*), é um pouco mais modesto, com cerca de quatro milhões de massas solares.
Astrofísicos estudaram o Sgr A* para aprender mais sobre ele, incluindo sua idade. Eles dizem que ele se formou há cerca de nove bilhões de anos.
Os SMBHs são os objetos mais sedutores do Universo. Eles são tão massivos que sua atração gravitacional pode capturar a luz. Eles são cercados por um anel giratório de material chamado disco de acreção que alimenta o material no buraco.
Quando estão se alimentando ativamente, são chamados de núcleos galácticos ativos (AGN). Os AGNs mais luminosos são chamados de quasares e podem ofuscar galáxias inteiras.
Como os cientistas podem determinar a idade desses objetos confusos? Como eles podem aprender quando nosso buraco negro, Sgr A*, se formou? Reunindo dados, juntando-os e executando simulações.
Esse esforço começou a sério em abril de 2017, quando o Event Horizon Telescope (EHT) observou o buraco negro no centro da galáxia M87. Essa foi a primeira vez que vimos uma imagem de um buraco negro, e foi seguido em 2022, quando o EHT observou Sgr A*.
Uma nova pesquisa publicada na Nature Astronomy se baseou em observações do EHT para determinar a idade e a origem de Sgr A*. Ela é intitulada “Evidência de uma fusão passada do buraco negro do Centro Galáctico”. Os autores são Yihan Wang e Bing Zhang, ambos astrofísicos da Universidade de Nevada, Las Vegas.
Os buracos negros crescem de duas maneiras. Eles acumulam matéria ao longo do tempo e se fundem. Os astrofísicos acreditam que é necessária uma fusão de galáxias para formar um SMBH, e Sgr A* não é diferente. Provavelmente foi formado por meio de uma fusão, embora também tenha agregado material.
Sgr A* é incomum. Ele gira rapidamente e está desalinhado em relação à Via Láctea. Esta é uma evidência de uma fusão passada, de acordo com Wang e Zhang, possivelmente com uma galáxia satélite há muito extinta chamada Gaia-Enceladus.
“O Event Horizon Telescope (EHT) forneceu imagens diretas do SMBH Sgr A* no centro da Via Láctea, indicando que ele provavelmente gira rapidamente com seu eixo de rotação significativamente desalinhado em relação ao momento angular do plano galáctico”, escrevem os autores em seu artigo.
A dupla de pesquisadores usou simulações de computador para modelar o impacto que uma fusão teria no buraco negro da Via Láctea.
“Através da investigação de vários modelos de crescimento do SMBH, aqui mostramos que as propriedades de rotação inferidas do Sgr A* fornecem evidências de uma fusão SMBH passada”, escrevem os autores.
Seu trabalho mostra que uma fusão de razão de massa 4:1 com uma configuração orbital altamente inclinada pode explicar o que as observações do EHT do Sgr A* mostram.
“Inspirados pela fusão entre a Via Láctea e Gaia-Enceladus, que tem uma proporção de massa de 4:1, conforme inferido a partir de dados de Gaia, descobrimos que uma fusão principal de 4:1 de SMBH com um ângulo de inclinação do momento angular binário de 145-180 graus em relação à linha de visão (LOS) pode replicar com sucesso as propriedades de spin medidas de Sgr A*”, explicam os autores em seu trabalho.
“This merger likely occurred around 9 billion years ago, following the Milky Way’s merger with the Gaia-Enceladus galaxy,” said Zhang, a distinguished professor of physics and astronomy at UNLV and the founding director of the Nevada Centre for Astrophysics.
“This event not only provides evidence of the hierarchical black hole merger theory but also provides insights into the dynamic history of our galaxy.”
“Esta descoberta abre caminho para nossa compreensão de como buracos negros supermassivos crescem e evoluem”, disse o autor principal Wang em um comunicado à imprensa. “O spin alto desalinhado de Sgr A* indica que ele pode ter se fundido com outro buraco negro, alterando drasticamente sua amplitude e orientação de spin.”
“Este evento de fusão em nossa galáxia fornece suporte observacional potencial para a teoria de fusões BH hierárquicas na formação e crescimento de SMBHs”, escrevem os autores em sua conclusão.
Quando as galáxias se fundem, o mesmo ocorre com seus buracos negros centrais. Embora isso tenha sido amplamente teórico, os observatórios de ondas gravitacionais estão detectando um número crescente de fusões de buracos negros.
No entanto, devido à faixa de frequência de nossos observatórios, eles detectaram apenas fusões de buracos negros de massa estelar. As fusões de SMBH produziriam frequências de ondas gravitacionais muito mais baixas que estão além do alcance de detectores como LIGO/Virgo/KAGRA. Os detectores do sistema estão muito próximos para detectar as frequências mais baixas.
Os autores também apontam para as taxas de fusão SMBH determinadas em outras simulações, como as Simulações do Milênio, que sugerem que pode haver centenas ou milhares a cada ano no Universo observável.
“A taxa de fusão inferida, consistente com as previsões teóricas, sugere uma taxa de detecção promissora de fusões SMBH para detectores de ondas gravitacionais espaciais que devem operar na década de 2030.”
Há planos para construir instalações que podem detectar essas frequências de fusão SMBH mais baixas. A ESA e a NASA estão planejando uma missão chamada LISA (Laser Interferometer Space Antenna) que pode detectar essas ondas. A LISA consistirá em três espaçonaves trabalhando juntas como um interferômetro. Cada espaçonave teria 2,5 milhões de km de comprimento.
SMBHs são alguns dos objetos mais intrigantes do Universo e são assustadores de estudar. No entanto, mesmo na ausência de qualquer evidência de onda gravitacional de fusões de SMBH, esta pesquisa ajuda preparando o cenário para aprofundar nossa compreensão dessas fusões quando elas ocorrem.
Publicado em 12/09/2024 00h06
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