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Colisão entre buracos negros pode ter "esticado" o núcleo galáctico de Andrômeda

·4 min de leitura

Na década de 1970, astrônomos usaram balões de grande altitude para observar a galáxia de Andrômeda na luz ultravioleta e, mais tarde, o telescópio espacial Hubble para complementar os dados. Eles então descobriram algo inesperado: embora fosse uma galáxia espiral gigante como a nossa, as estrelas perto do núcleo não estavam do jeito que deveriam. Agora, décadas mais tarde, um estudo pode explicar o motivo.

O “problema” com o centro de Andrômeda é que as órbitas das estrelas apresentam um formato ovalado muito incomum, e ninguém sabia por quê. Na Via Láctea, por exemplo, as estrelas orbitam o ponto gravitacional central — que é um buraco negro supermassivo chamado Sagitário A* — formando um círculo não exatamente esférico, mas bem menos “esticado”.

Tal formato era tão estranho que os cientistas deram um nome para ele: "disco nuclear excêntrico". O novo estudo, liderado pela Universidade do Colorado, sugere que uma colisão entre duas galáxias pode explicar esse núcleo massivo alongado. Ou melhor, a colisão entre os buracos negros supermassivos nos núcleos de duas galáxias que se fundiram em algum momento no passado.

Galáxias grandes como a Via Láctea e Andrômeda cresceram “devorando” galáxias menores que estavam “dando sopa” ao redor. Isso pode também significar que os buracos negros supermassivos centrais dessas galáxias também colidiram — isto é, se não colocarmos o problema do parsec final nessa equação, mas falemos disso mais adiante.

A órbita das estrelas em torno de um buraco negro supermassivo antes e depois de um "chute" gravitacional (Imagem: Reprodução/Steven Burrows/JILA)
A órbita das estrelas em torno de um buraco negro supermassivo antes e depois de um "chute" gravitacional (Imagem: Reprodução/Steven Burrows/JILA)

Os autores da pesquisa queriam saber que tipo de reação a fusão desses buracos negros causaria nas estrelas próximas. Através de uma simulação de computador, eles descobriram que uma colisão desse tipo pode liberar um "chute" gravitacional devastador, semelhante ao recuo de uma espingarda, que arremessa o buraco negro resultante da fusão a uma velocidade estonteante. Isso provavelmente empurrou milhões de estrelas para órbitas instáveis.

Para chegar a esse resultado, os astrônomos usaram como base cálculos da força gerada por uma fusão entre buracos negros supermassivos. Primeiro, os dois objetos começam a girar em torno um do outro, movendo-se cada vez mais rápido em uma espiral rumo à colisão. Quando se chocam, liberam enormes pulsos de ondas gravitacionais, ondulações literais na estrutura do espaço-tempo, conforme dita a teoria da Relatividade Geral.

Acontece que essas ondas, que viajam à velocidade da luz por todas as direções, são anisotrópicas, de acordo com o artigo. Isso significa que não são simétricas, ou seja, terão mais força ou intensidade em alguns lados, e menos em outros. Por isso, o buraco negro resultante da fusão será arremessado para o lado oposto às ondas mais poderosas.

O próximo passo era descobrir o que esse “estilingue” gravitacional poderia fazer às estrelas dentro de 1 parsec (3.26 anos-luz ou 206.000 unidades astronômicas, ou ainda 30,9 trilhões de quilômetros) do centro de uma galáxia. O resultado é estrela “voando” para todos os lados, porque o buraco negro atingiria velocidades que podem chegar a milhões de km/hora.

Visualização tridimensional das órbitas estelares no centro da Via Láctea, conhecidas como Estrelas S, com base em dados obtidos pelos telescópios WM Keck entre 1995 e 2012 (Imagem: Reprodução/NCSA/AVL)
Visualização tridimensional das órbitas estelares no centro da Via Láctea, conhecidas como Estrelas S, com base em dados obtidos pelos telescópios WM Keck entre 1995 e 2012 (Imagem: Reprodução/NCSA/AVL)

Como estamos falando de um buraco com alguns milhões ou bilhões de massas solares, seu campo gravitacional vai afetar as estrelas ao redor de modo imprevisível e caótico, mas no final, a simulação mostrou algo muito parecido com a forma esticada que os astrônomos viram no centro de Andrômeda.

Os autores sabem que a simulação não é uma prova definitiva para validar essa explicação, até porque eles não usaram dados reais da galáxia, e sim algo que chamaram de “brinquedo” para tentar “prever a estrutura orbital de um disco de estrelas após um chute no buraco negro central”. Além disso, há o problema do parsec final, que não parece ter sido considerado pela equipe.

O problema do parsec final é um cálculo matemático que parece sugerir que buracos negros supermassivos centrais das galáxias não podem colidir quando suas galáxias hospedeiras se fundem. Mesmo que eles se aproximem, chegará o momento em que eles perderão energia cinética e não ficarão mais perto do que 0,1 anos-luz um do outro. Para começarem a espiralar rumo a uma fusão, precisam estar a 0,01 anos-luz de distância.

Um diagrama evolutivo que descreve uma fusão entre duas galáxias (Imagem: Reprodução/Nasa/Esa/Hubble/E A. Evans/Nrao/K. Noll/J. Westphal)
Um diagrama evolutivo que descreve uma fusão entre duas galáxias (Imagem: Reprodução/Nasa/Esa/Hubble/E A. Evans/Nrao/K. Noll/J. Westphal)

Esse problema não é exatamente uma lei que impede os astrônomos de buscarem buracos negros supermassivos que se formaram pela colisão das galáxias. Mas levanta muitas perguntas difíceis de responder. De qualquer forma, o novo artigo é um bom ponto de partida para solucionar o mistério do núcleo excêntrico de Andrômeda. A equipe já planeja melhoras as simulações para que os dados sejam diretamente comparáveis com a galáxia real, o que deve exigir a inclusão de muito mais estrelas.

Os resultados também podem ajudar os cientistas a entender os acontecimentos incomuns em torno de outros objetos, como planetas ao redor de estrelas de nêutrons. A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Canaltech

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