Descobertos 2 buracos negros supermassivos condenados a colidir

NASA / CXC/ A. Hobart

Parece que nem os buracos negros conseguem resistir à tentação de se inserirem sem aviso prévio em fotografias. Uma “fotobomba” cósmica, encontrada como objeto de fundo em imagens da Galáxia de Andrómeda, revelou o que pode ser o par de buracos negros supermassivos mais íntimos já vistos.

Os astrónomos fizeram esta notável descoberta usando dados de raios-X obtidos pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA e dados óticos de telescópios terrestres, o Gemini-Norte no Hawaii e o PTF (Palomar Transient Factory) na Califórnia.

Esta fonte invulgar, chamada LGGS J004527.30+413254.3 – ou J0045+41 – foi vista em imagens óticas e em raios-X de Andrómeda, também conhecida como M31, uma grande galáxia espiral localizada relativamente perto da Terra, a uma distância de aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz.

Até agora, os cientistas pensavam que J0045+41 era um objeto no interior de M31. No entanto, os novos dados do estudo, publicado na revista The Astrophysical, revelaram que J0045+41 está na verdade a uma distância muito maior, a cerca de 2,6 mil milhões de anos-luz do nosso planeta.

Trevor Dorn-Wallenstein, cientista da Universidade de Washington, nos EUA, afirma que a equipa estava à procura de um tipo especial de estrela em M31 e que pensavam ter encontrado uma, mas “ficámos surpresos e entusiasmados por encontrar algo muito mais estranho!”

É provável que J0045+41 tenha um par de buraco negros gigantes em órbita íntima um do outro, cuja massa total estimada para os dois buracos negros supermassivos equivale a cerca de duzentos milhões de vezes a massa do Sol.

Uma equipa de astrónomos tinha visto, anteriormente, variações periódicas na luz ótica de J0045+41. Convencidos de que era um membro de M31, a equipa classificou o objeto como um par de estrelas que se orbitavam a cada 80 dias. A intensidade da fonte de raios-X observada pelo Chandra acabou por revelar que esta classificação estava incorreta.

Em vez dessa classificação, J0045+41 tinha que ser um sistema binário em M31, que continha uma estrela de neutrões ou um buraco negro que puxava material da companhia – o tipo de sistema que Dorn-Wallenstein procurava originalmente em M31.

Ou então, poderia ser um sistema muito mais massivo e distante, com pelo menos um buraco negro supermassivo em rápido crescimento. O espetro obtido pelo telescópio Gemini-Norte mostrou que J0045+41 hospedava, realmente, pelo menos um buraco negro supermassivo e permitiu que os investigadores estimassem a distância.

O espectro também forneceu possíveis evidências da presença de um segundo buraco negro em J0045+41, que se movia a uma velocidade diferente da do primeiro, conforme esperado caso os dois buracos negros estivessem a orbitar-se um ao outro.

A equipa usou os dados óticos do PTF para procurar variações periódicas na luz de J0045+41. Encontraram vários períodos, incluindo os de cerca de 80 e 320 dias. A relação entre estes períodos corresponde ao previsto pelo trabalho teórico sobre a dinâmica de dois buracos negros que se orbitam um ao outro.

“Esta é a primeira vez que é encontrada uma evidência tão forte para um par de buracos negros gigantes em órbita um do outro,” afirma a coautora Emily Levesque, da Universidade de Washington.

Os investigadores estimam que os dois prováveis buracos negros se orbitem um ao outro com uma separação de apenas algumas centenas de vezes a distância entre a Terra e o Sol. Isto corresponde a menos de um centésimo de um ano-luz.

Tal sistema poderá ter sido uma consequência da fusão de duas galáxias que continham um buraco negro supermassivo cada. Os dois buracos negros estão inevitavelmente cada vez mais próximos um do outro, à medida que emitem ondas gravitacionais.

“Não somos capazes de quantificar exatamente a massa de cada um destes buracos negros,” afirma o coautor do estudo John Ruan. “Dependendo disso, pensamos que irão colidir e fundir-se num único buraco negro em pouco tempo: 350 anos ou, no máximo, daqui a 360.000 anos.”