Astrónomos da Universidade do Novo México afirmam ter conseguido, pela primeira vez, observar e medir o movimento orbital entre dois buracos negros supermassivos a centenas de milhões de anos-luz da Terra – uma descoberta esperada há mais de uma década.

Buraços negros e orbitarem-se em 0402+379 - ilustração.
Ilustração que mostra dois buracos negros supermassivos, semelhantes aos observados por esta equipa de investigação, a orbitarem-se a mais de 750 milhões de anos-luz da Terra. Crédito: Joshua Valenzuela/UNM.

O estudo surge num artigo publicado na revista The Astrophysical Journal, cuja principal autora é Karishma Bansal, estudante do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Novo México (UNM). A investigadora e a sua equipa, da qual fazem parte o professor Greg Taylor, também da UNM, e colegas da Universidade de Stanford, do Observatório Naval dos EUA e do Observatório Gemini, estudam há 12 anos a interação entre estes buracos negros.

“Há muito tempo que procurávamos encontrar um par de buracos negros supermassivos a orbitar-se como resultado da fusão de duas galáxias,” disse Taylor. “Embora a teoria previsse acontecimentos deste tipo, ninguém tinha observado algum até agora.”

No início de 2016, uma equipa internacional de investigadores a trabalhar no projeto LIGO (que incluía um aluno da UNM) detetou a existência de ondas gravitacionais, confirmando a previsão centenária de Albert Einstein e surpreendendo a comunidade científica. Essas ondas gravitacionais eram o resultado da colisão no espaço de dois buracos negros de massa estelar (aproximadamente 30 massas solares). Agora, graças a esta recente investigação, os cientistas poderão começar a compreender o que leva à fusão de buracos negros supermassivos, que cria ondulações no tecido do espaço-tempo, e a saber mais sobre a evolução das galáxias e sobre o papel desempenhado por estes buracos negros na evolução.

Com a ajuda do VLBA (Very Long Baseline Array), uma rede de 10 radiotelescópios espalhados pelos EUA, operada em Socorro, no Novo México, os investigadores conseguiram observar várias frequências de sinais de rádio emitidos por estes buracos negros supermassivos. Ao longo do tempo, os astrónomos foram capazes de traçar a sua trajetória e de confirmar que se tratava de um sistema binário visual. Por outras palavras, observaram que os buracos negros se orbitavam mutuamente.

Galáxia de rádio 0402+379, pelo VLBA.
Mapa do VLBA da galáxia de rádio 0402+379, a 15 GHz. A galáxia hospeda dois buracos negros supermassivos no seu centro, C1 e C2. Crédito: UNM.

“Quando o professor Taylor me deu estes dados, eu estava ainda a aprender a compreendê-los,” contou Karishma Bansal. “E ao descobrirmos que havia dados que remontavam até 2003, organizámo-los e determinámos que os buracos negros se estão a orbitar.”

Para Taylor, a descoberta é o resultado de mais de 20 anos de trabalho e uma proeza incrível, dada a precisão necessária para obter estas medições. A aproximadamente 750 milhões de anos-luz da Terra, a galáxia 0402 + 379 e os seus buracos negros supermassivos estão muito longe, mas também à distância perfeita (da Terra e entre ambos) para serem observados.

Segundo Karishma Bansal, os buracos negros têm uma massa combinada equivalente a 15 mil milhões de massas solares. Este tamanho incrível significa que o seu período orbital é de cerca de 24 mil anos, pelo que, apesar de a equipa os observar há mais de uma década, ainda não viu a mais ínfima das curvaturas na sua órbita.

Mapa de cor falsa da galáxia de rádio 0402+379, a 15 GHz.
Mapa VLBA de cor falsa da galáxia de rádio 0402+379 a 15 GHz. Os dois buracos negros supermassivos no centro são representados por discos de acreção com jatos gémeos. Crédito: UNM.

“Para que se perceba o movimento angular que estamos a resolver, imagine-se um caracol a mover-se 1 centímetro por segundo no planeta semelhante à Terra e recentemente descoberto que orbita Proxima Centauri (a 4243 anos-luz de distância),” disse Roger W. Romani, professor de Física na Universidade de Stanford e membro da equipa de investigação.

“O que conseguimos, ao longo deste período de 12 anos a usar o VLBA, para alcançar resolução suficiente e precisão na astrometria para vermos realmente a órbita, é uma verdadeira conquista técnica,” disse Taylor.

Para além do feito técnico desta descoberta ser realmente surpreendente, Bansal e Taylor dizem que ela também nos pode ensinar muito sobre o Universo, como, por exemplo, de onde vêm e para onde vão as galáxias.

“As órbitas das estrelas binárias ensinam-nos muito sobre as estrelas,” disse Bob Zavala, astrónomo do Observatório Naval dos EUA. “Agora, poderemos usar técnicas semelhantes para compreender os buracos negros supermassivos e as galáxias onde residem.”

Região central de 0402+379.
Imagem VLBA da região central da galáxia 0402+379, mostrando os dois núcleos, C1 e C2, identificados como um par de buracos negros supermassivos em órbita em torno um do outro. Crédito: Bansal et al., NRAO/AUI/NSF.

Continuar a observar a órbita e a interação entre estes dois buracos negros supermassivos pode também ajudar-nos a compreender melhor o futuro da nossa galáxia. Neste momento, a galáxia Andrómeda, que também tem um buraco negro supermassivo no seu centro, está em rota de colisão com a Via Láctea, o que significa que o evento que Bansal e Taylor estão a observar poderá ocorrer, dentro de alguns milhares de milhões de anos, na nossa galáxia.

“Os buracos negros supermassivos têm muita influência nas estrelas em seu redor e no crescimento e evolução da galáxia,” explicou Taylor. “Por esta razão, sabermos mais sobre eles e sobre o que acontece quando se fundem pode ser importante para compreendermos melhor o Universo”.

Bansal diz que a equipa fará outra observação do sistema daqui a três ou quatro anos para confirmar o movimento e obter uma órbita precisa. Entretanto, esperam que esta descoberta incentive trabalhos relacionado realizados pelos astrónomos em todo o mundo.

Fonte da notícia: Phys.org

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