A vida turbulenta de dois buracos negros supermassivos apanhados numa colisão galáctica

Uma equipa de astrónomos usou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para criar a imagem mais detalhada de sempre do gás em redor de dois buracos negros supermassivos numa galáxia em fusão.

A 400 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação de Ofiúco, duas galáxias estão a colidir entre si e a formar uma galáxia conhecida como NGC 6240.

A galáxia de forma peculiar já foi observada muitas vezes, uma vez que está relativamente perto. Mas NGC 6240 é complexa e caótica. A colisão entre as duas galáxias ainda está em andamento, trazendo com elas dois buracos negros supermassivos em crescimento que provavelmente se vão fundir num buraco negro ainda maior.

Para compreender o que está a acontecer em NGC 6240, os astrónomos querem observar em detalhe a poeira e o gás em redor dos buracos negros, mas as imagens anteriores não eram nítidas o suficiente para tal. As novas observações do ALMA aumentaram a resolução das imagens por um fator de dez – mostrando pela primeira vez a estrutura do gás frio na galáxia, mesmo dentro da esfera de influência dos buracos negros.

“A chave para entender esta sistema galáctico é o gás molecular”, explicou Ezequiel Treister da Pontificia Universidad Católica em Santiago, Chile. “Este gás é o combustível necessário para formar estrelas, mas também alimenta os buracos negros supermassivos, o que lhes permite crescer.”

A maior parte do gás está localizado numa região entre os dois buracos negros. Observações menos detalhadas, feitas anteriormente, haviam sugerido que este gás podia ser um disco giratório.

“Não encontramos nenhuma evidência para isso,” disse Treister. “Ao invés, vemos um fluxo caótico de gás com filamentos e bolhas entre os buracos negros. Parte deste gás é expelido para fora com velocidades de até 500 km/s. Ainda não sabemos o que provocou estes fluxos.”

Outra razão para observar o gás com tanto detalhe é que este ajuda a determinar a massa dos buracos negros. “Os modelos anteriores, com base em estrelas circundantes, indicaram que os buracos negros eram muito mais massivos do que esperávamos, cerca mil milhões de vezes mais massivos que o Sol,” disse Anne Medling da Universidade de Toledo no estado norte-americano do Ohio.

“Mas estas novas imagens do ALMA mostram, pela primeira vez, a quantidade de gás capturado dentro da esfera de influência dos buracos negros. Esta massa é significativa e, portanto, estimamos agora que as massas dos buracos negros são mais pequenas: cerca de algumas centenas de milhões de vezes a massa do nosso Sol. Com base nisto, pensamos que a maioria das medições anteriores de buracos negros em sistemas como este podem estar erradas em 5-90%.”

O gás também está mais próximo dos buracos negros do que os astrónomos esperavam. “Está localizado num ambiente muito extremo“, explicou Medling. “Acreditamos que eventualmente cairá no buraco negro ou será ejetado a altas velocidades.”

Os astrónomos não encontram evidências de um terceiro buraco negro na galáxia, que outra equipa afirmou recentemente ter descoberto. “Não vemos gás molecular associado a este terceiro núcleo reivindicado,. Podia ser um enxame estelar local em vez de um buraco negro, mas precisamos de estudá-lo muito mais para dizer algo concreto sobre o objeto.”

A alta sensibilidade e resolução do ALMA são cruciais para aprender mais sobre os buracos negros supermassivos e o papel do gás nas galáxias em interação. “Esta galáxia é tão complexa que nunca poderíamos saber o que está a acontecer no seu interior sem estas imagens rádio detalhadas,” disse Loreto Barcos-Muñoz do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, Virgínia, EUA.

“Agora temos uma melhor ideia da estrutura 3D da galáxia, o que nos dá a oportunidade de entender como as galáxias evoluem durante os últimos estágios de uma fusão. Daqui a algumas centenas de milhões de anos, esta galáxia parecerá completamente diferente.”