Buracos negros supermassivos em rota de colisão

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Buracos negros supermassivos em rota de colisão
45 anos de observações de radiotelescópio identificaram um par de buracos negros supermassivos no
núcleo de duas galáxias que se fundem.
A fusão de um par de buracos negros é um fenômeno comum. Desde a primeira observação de tal
evento pelo observatório de ondas gravitacionais americanas, o LIGO, em 2016, os físicos descobriram
cerca de 50 fusões binárias de buracos negros usando o LIGO e seu homólogo europeu, Virgo.
Em um sistema binário, os buracos negros orbitam uns aos outros, perdendo energia devido à emissão
de ondas gravitacionais. Devido a essa perda de energia, suas órbitas encolhem, tornando-se uma
espiral e, eventualmente, os dois buracos negros se fundem, criando uma explosão de onda
gravitacional selvagem no processo. É esta explosão que os observatórios gravitacionais podem “ver” à
medida que a onda atinge a Terra.
Todos os buracos negros coalescentes observados até à data se originaram de estrelas binárias e são
mais leves do que cem massas solares. No entanto, se o buraco negro está hospedado no núcleo de
uma grande galáxia, como a Via Láctea, sua massa pode ser de milhões ou mesmo bilhões de dólares a
do nosso Sol. Os cientistas esperam que, se duas dessas galáxias com buracos negros em seus centros
se fundirem, um buraco negro supermassivo binário poderia se formar, o que criaria uma onda
gravitacional tremendamente poderosa.
As fusões de galáxias pesadas não ocorrem com muita frequência e, como esses processos são
bastante lentos, os astrônomos ainda não observaram os estágios finais dos inspirais dos buracos
https://www.advancedsciencenews.com/what-is-a-black-hole/
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negros supermassivos. Isto é, até agora, quando uma equipe internacional de físicos relatou
observações que indicam esse tipo de evento de fusão em um novo artigo publicado no The
Astrophysical Journal Letters.
“Este trabalho mostra o valor de fazer um monitoramento preciso dessas fontes ao longo de muitos anos
para realizar a ciência da descoberta”, disse Roger Blandford, um estudioso da Moore Distinguished em
astrofísica teórica da Caltech, em uma entrevista.
Os pesquisadores analisaram observações de rádio do quasar, PKS 2131-021, que durou um total de 45
anos, e encontraram mudanças periódicas imprevistas em seu brilho.
Os quasares são núcleos ativos de galáxias em que um buraco negro supermassivo suíme de matéria
de um disco envolvente de gás, poeira e detritos conhecidos como um disco de acreção. A matéria é
parcialmente consumida pelo buraco negro, mas o resto se torna um jato que sai do núcleo da galáxia a
uma velocidade próxima da velocidade da luz.
Se o jato aponta para a Terra, como é o caso do PKS 2131-021, esses sistemas são conhecidos como
blazars, e as ondas de rádio emitidas pelas partículas aceleradas rapidamente do jato podem ser
facilmente observadas. A intensidade da radiação e seu espectro contêm informações sobre a dinâmica
do blazar.
Os astrônomos descobriram muitos blazares até o momento, mas não observaram oscilações em seu
brilho antes. A equipe apontou em seu artigo que existem várias explicações possíveis para esta
observação, incluindo a precessão do jato relativista devido ao desalinhamento do eixo de rotação do
buraco negro e disco de acreção ou à deformação deste último.
No entanto, a melhor explicação que a equipe pode fornecer para o efeito observado é que há um
segundo buraco negro supermassivo nas proximidades do primeiro e as órbitas dos dois levaram a
oscilações na velocidade do jato em relação à Terra. A razão pela qual essas oscilações em velocidade
levam a oscilações na intensidade da radiação é resultado do efeito Doppler, onde a frequência de
radiação para um observador muda à medida que a fonte se move.
Uma vez que a explicação envolvendo o movimento orbital binário do buraco negro supermassivo é a
mais simples, a equipe aplicou a navalha de Occam. Os físicos analisaram um modelo teórico
simplificado de um sistema binário semelhante e descobriram que o comportamento do espectro de
energia observável é muito semelhante ao que eles vêem com os radiotelescópios.
A análise da radiação mostrou que o blazar está localizado a cerca de 8,8 bilhões de anos-luz de
distância do nosso Sistema Solar e do período orbital dos buracos negros é aproximadamente igual a
dois anos. Os cientistas não conseguiram deduzir as massas exatas dos buracos negros, mas
estimaram que seja centenas de milhões de vezes maior do que o do nosso Sol. A distância entre os
buracos negros é cerca de 50 vezes maior do que o diâmetro da órbita de Plutão, o que torna este
sistema binário cerca de dez vezes menor do que o único outro candidato conhecido para o buraco
negro binário supermassivo chamado OJ 287.
Com todas essas informações, os cientistas adivinham que o par se fundirá em cerca de 10.000 anos.
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Se a conclusão dos físicos sobre oscilações estiver correta, o próximo máximo de brilho da emissão de
rádio ocorrerá em fevereiro de 2024 e o mínimo seguinte em julho de 2026. Isso significa que deve ser
possível confirmar ou refutar a hipótese binária de buraco negro supermassivo nos próximos 5-10 anos.
“Este trabalho é um testemunho da importância da perseverança”, disse Joseph Lazio, do Laboratório de
Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia, em uma entrevista. “Levaram 45 anos de observações
de rádio para produzir este resultado. Equipes pequenas, em diferentes observatórios em todo o país,
levaram dados semana após semana, mês após mês, para tornar isso possível.
Referência: J. A. A. (em inglês). Zensus, et al., A Fenomenologia Impanteda do Blazar PKS 2131–021:
Um Candidato Binário de Buraco Negro Supermassivo Exclusivo, The Astrophysical Journal Letters
(2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac504b
Crédito da imagem: Caltech/R. A mágoa (IPAC)
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https://scitechdaily.com/astronomers-find-two-supermassive-black-holes-spiraling-toward-a-cataclysmic-collision/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac504b