Quando duas galáxias colidem, os buracos negros supermassivos em seus núcleos liberam um “chute” gravitacional devastador, semelhante ao recuo de uma espingarda. Uma nova pesquisa liderada por CU Boulder sugere que este chute pode ser tão poderoso que pode lançar milhões de estrelas em órbitas instáveis.
A pesquisa, publicada em 29 de outubro no The Astrophysical Journal Letters, ajuda a resolver um mistério de décadas em torno de um aglomerado de estrelas de formato estranho no coração da Galáxia de Andrômeda. Também pode ajudar os pesquisadores a entender melhor o processo de como as galáxias crescem alimentando-se umas das outras.
“Quando os cientistas olharam pela primeira vez para Andrômeda, eles esperavam ver um buraco negro supermassivo cercado por um aglomerado de estrelas relativamente simétrico”, disse Ann-Marie Madigan, um membro do JILA, um instituto de pesquisa conjunto entre CU Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e tecnologia (NIST). “Em vez disso, eles encontraram essa massa enorme e alongada.”
Agora, ela e seus colegas acham que têm uma explicação.
Na década de 1970, os cientistas lançaram balões no alto da atmosfera da Terra para observar de perto a luz ultravioleta de Andrômeda, a galáxia mais próxima da Via Láctea. O Telescópio Espacial Hubble acompanhou essas observações iniciais na década de 1990 e apresentou uma descoberta surpreendente: como nossa própria galáxia, Andrômeda tem a forma de uma espiral gigante. Mas a área rica em estrelas perto do centro da espiral não parece como deveria – as órbitas dessas estrelas assumem um formato ovalado estranho, como se alguém esticasse um pedaço de Massa Silly.
E ninguém sabia por quê, disse Madigan, também professor assistente de astrofísica. Os cientistas chamam o padrão de “disco nuclear excêntrico”.
No novo estudo, a equipe usou simulações de computador para rastrear o que acontece quando dois buracos negros supermassivos se chocam – Andromeda provavelmente se formou durante uma fusão semelhante há bilhões de anos. Com base nos cálculos da equipe, a força gerada por tal fusão poderia dobrar e puxar as órbitas das estrelas perto de um centro galáctico, criando aquele padrão alongado revelador.
“Quando as galáxias se fundem, seus buracos negros supermassivos vão se juntar e eventualmente se tornar um único buraco negro”, disse Tatsuya Akiba, principal autor do estudo e um estudante graduado em astrofísica. “Queríamos saber: quais são as consequências disso?”
Dobrando espaço e tempo
Ele acrescentou que as descobertas da equipe ajudam a revelar algumas das forças que podem estar impulsionando a diversidade dos estimados dois trilhões de galáxias no universo hoje – algumas das quais se parecem muito com a Via Láctea em forma de espiral, enquanto outras se parecem mais com bolas de futebol ou bolhas irregulares.
As fusões podem desempenhar um papel importante na formação dessas massas de estrelas: quando as galáxias colidem, disse Akiba, os buracos negros nos centros podem começar a girar em torno uns dos outros, movendo-se cada vez mais rápido até que finalmente se chocam. No processo, eles liberam enormes pulsos de “ondas gravitacionais”, ou ondulações literais na estrutura do espaço e do tempo.
“Essas ondas gravitacionais vão levar o ímpeto para longe do buraco negro remanescente, e você terá um recuo, como o recuo de uma arma”, disse Akiba.
Ele e Madigan queriam saber o que tal recuo poderia fazer às estrelas dentro de 1 parsec, ou aproximadamente 19 trilhões de milhas, do centro de uma galáxia. Andrômeda, que pode ser vista da Terra a olho nu, se estende por dezenas de milhares de parsecs de ponta a ponta.
Fica bem selvagem.
Recuo galáctico
A dupla usou computadores para construir modelos de centros galácticos falsos contendo centenas de estrelas – então chutou o buraco negro central para simular o recuo das ondas gravitacionais.
Madigan explicou que as ondas gravitacionais produzidas por esse tipo de colisão desastrosa não afetarão as estrelas de uma galáxia diretamente. Mas o recuo lançará o buraco negro supermassivo remanescente de volta através do espaço – a velocidades que podem chegar a milhões de milhas por hora, nada mal para um corpo com uma massa milhões ou bilhões de vezes maior que a do Sol da Terra.
“Se você é um buraco negro supermassivo e começa a se mover a milhares de quilômetros por segundo, pode escapar da galáxia em que vive”, disse Madigan.
Quando os buracos negros não escapam, no entanto, a equipe descobriu que eles podem puxar as órbitas das estrelas ao redor deles, fazendo com que essas órbitas se expandam. O resultado acaba parecendo muito com a forma que os cientistas veem no centro de Andrômeda.
Madigan e Akiba disseram que querem aumentar suas simulações para que possam comparar diretamente os resultados do computador com o núcleo da galáxia da vida real – que contém muitas vezes mais estrelas. Eles observaram que suas descobertas também podem ajudar os cientistas a entender os acontecimentos incomuns em torno de outros objetos no universo, como planetas orbitando corpos misteriosos chamados estrelas de nêutrons.
“Essa ideia – se você estiver em órbita ao redor de um objeto central e esse objeto voar de repente – pode ser reduzida para examinar muitos sistemas diferentes”, disse Madigan.
Publicado em 03/11/2021 08h14
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