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Pode ser que existam vários buracos negros supermassivos ao redor das galáxias

·5 minuto de leitura

Quantos buracos negros supermassivos pode haver em uma galáxia? Normalmente, os astrônomos mencionam apenas um, mas, à medida que as galáxias se fundem, a quantidade pode aumentar. Contudo, alguns deles podem ser “errantes”, ou seja, ficarem localizados no halo — a região do espaço ao redor das galáxias espirais. Agora, um novo estudo mostra de onde eles vêm e quais são as chances de existirem em galáxias como a nossa.

Existem algumas maneiras de encontrar buracos negros. A primeira delas é simplesmente saber onde estão, como é o caso dos buracos negros supermassivos no centro das galáxias — os astrônomos deduzem que quase todas, senão todas, possuem um desses. Além disso, alguns deles são ativos e emitem radiação à medida que se alimentam, então fica fácil identificá-los. Basta observar as chamadas galáxias ativas.

A segunda maneira é através da detecção de ondas gravitacionais, mas com a tecnologia atual os cientistas só conseguem detectar grandes eventos como a colisão entre dois buracos negros ou um buraco negro e uma estrela de nêutrons, por exemplo. Outras técnicas como lentes gravitacionais causadas pelos buracos negros são possíveis, mas elas dependem muito mais de sorte do que da tecnologia.

Essa imagem estima a distância entre o Sol e o buraco negro supermassivo da Via Láctea (Imagem: Reprodução/Danny Horta-Darrington/NASA/JPL-Caltech/SDSS)
Essa imagem estima a distância entre o Sol e o buraco negro supermassivo da Via Láctea (Imagem: Reprodução/Danny Horta-Darrington/NASA/JPL-Caltech/SDSS)

Por isso, ainda existem muitas dúvidas sobre quais tipos de buracos negros existem no universo, mesmo que a teoria permita estabelecer restrições matemáticas. Mas os astrofísicos contam com um grande aliado: as simulações computacionais. Elas usam a física real como parâmetros para criar sistemas como galáxias e mostram aos astrônomos o que provavelmente acontece com o passar de alguns milhões ou bilhões de anos.

Foi assim que os autores do novo estudo descobriram que os buracos negros errantes devem existir aos montes ao redor das galáxias. Eles utilizaram uma simulação chamada Romulus25 para ver como os buracos negros supermassivos se comportam em colisões entre duas ou mais galáxias. Eles queriam saber em qual proporção os objetos “invisíveis” escapam de uma fusão e quais são as chances deles migrarem para as margens das galáxias, tornando-se errantes.

A teoria diz que, em uma colisão entre galáxias, os buracos negros centrais dificilmente têm chances de se encontrarem. Na verdade, esse é um paradoxo difícil de se resolver, conhecido como problema do parsec final — a distância para que os buracos negros supermassivos possam colidir é por volta de 0,01 anos-luz, mas eles dificilmente teriam energia cinética para ficarem a menos de 0,1 anos-luz afastados um do outro. Então, o que acontece com eles?

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)

Há chances de se tornarem sistemas binários, ou seja, a galáxia resultante da colisão teria dois buracos negros supermassivos orbitando entre si em seu núcleo. Mas também existe a possibilidade de um deles ser “chutado” gravitacionalmente para longe. Mas com que frequência isso acontece? As simulações realizadas pelo novo estudo rastreou a evolução orbital de pares de buracos negros supermassivos para prever quais buracos negros tinham a probabilidade de chegar ao centro de seu novo lar galáctico, quanto tempo isso leva e quantos nunca chegam lá.

Conforme já seria esperado, o Romulus mostrou que muitos buracos negros supermassivos binários se formam na galáxia que resultou da colisão, mas eles levam vários bilhões de anos de evolução orbital para isso. Outros, no entanto, “nunca chegarão ao centro", escreveram os pesquisadores no artigo publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. "Como resultado, descobriu-se que as galáxias com massa da Via Láctea hospedam uma média de 12 buracos negros supermassivos”.

Isso é um pouco surpreendente para quem esperava que galáxias como a nossa tinham apenas um buraco negro supermassivo. A Via Láctea evoluiu através da colisão com outras galáxias ao longo de sua história, então talvez seja possível supor que ela, de fato, possui alguns desses errantes vagando pelo halo, longe do centro galáctico.

Ainda segundo o estudo, no início do universo os errantes superavam e ofuscavam os buracos negros supermassivos nos núcleos galácticos, produzindo a maior parte da luz que esperaríamos ver brilhando ao redor dos buracos negros centrais ativos (esse brilho, é sempre bom lembrar, é causado pela matéria que orbita os buracos negros antes de cair no horizonte de eventos).

Exemplos de buracos negros errantes na simulação. As três galáxias aqui retratadas têm diferentes massas e o número total de errantes em cada uma é 241, 15 e 2 (Imagem: Reprodução/Angelo Ricarte/Creative Commons)
Exemplos de buracos negros errantes na simulação. As três galáxias aqui retratadas têm diferentes massas e o número total de errantes em cada uma é 241, 15 e 2 (Imagem: Reprodução/Angelo Ricarte/Creative Commons)

Os pesquisadores disseram que os errantes permanecem próximos à massa de sua “semente”, ou seja, a massa dos objetos que deram origem a eles. Provavelmente, eles se originam em galáxias satélites menores que orbitam outras maiores, por isso também devem ser menores que os supermassivos das galáxias grandes.

Também parece haver uma relação entre a quantidade deles e a massa do halo, de acordo com a simulação. "Descobrimos que o número de buracos negros errantes é quase linear com a massa do halo, de modo que esperamos milhares de buracos negros errantes em halos de aglomerados de galáxias", escreveram os autores.

Esses errantes podem não estar ativos e, portanto, são muito difíceis de detectar, mas encontrar maneiras de encontrá-los é essencial para comprovar os cálculos da simulação. Por isso, a equipe espera trabalhar em um novo estudo para detalhar as possíveis maneiras de observar esses buracos negros perdidos. O artigo está disponível no Arxiv.org.

Fonte: Canaltech

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