PAR DE BURACOS NEGROS GIGANTES “FOTOBOMBAM” GALÁXIA DE ANDRÓMEDA

A fonte de raios-X J0045+41.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/Universidade de Washington/T. Dorn-Wallenstein et al.; Ótico – NASA, ESA, J. Dalcanton et al. e R. Gendler

Parece que até os buracos negros não conseguem resistir à tentação de se inserirem sem aviso prévio em fotografias. Uma “fotobomba” cósmica encontrada como objecto de fundo em imagens da vizinha Galáxia de Andrómeda revelou o que poderá ser o par de buracos negros super-massivos 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 ópticos de telescópios terrestres, o Gemini-Norte no Hawaii e o PTF (Palomar Transient Factory) no estado norte-americano da Califórnia.

Esta fonte invulgar, chamada LGGS J004527.30+413254.3 (ou J0045+41), foi vista em imagens ópticas e em raios-X de Andrómeda, também conhecida como M31. Até recentemente, os cientistas pensavam que J0045+41 era um objecto no interior de M31, uma grande galáxia espiral localizada relativamente perto a uma distância de aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz da Terra. No entanto, os novos dados revelaram que J0045+41 está na verdade a uma distância muito maior, a cerca de 2,6 mil milhões de anos-luz da Terra.

“Estávamos à procura de um tipo especial de estrela em M31 e pensávamos ter encontrado uma,” afirma Trevor Dorn-Wallenstein da Universidade de Washington, em Seattle, Washington, EUA, que liderou o artigo que descreve a descoberta. “Ficámos surpresos e entusiasmados por encontrar algo muito mais estranho!”

Ainda mais intrigante do que a grande distância de J0045+41, é provável que contenha um par de buraco negros gigantes em órbita íntima um do outro. A massa total estimada para estes dois buracos negros super-massivos equivale a cerca de duzentos milhões de vezes a massa do nosso Sol.

Anteriormente, uma equipa diferente de astrónomos tinha visto variações periódicas na luz óptica de J0045+41 e, pensando que era um membro de M31, classificou o objecto como um par de estrelas que se orbitavam uma à outra a cada 80 dias.

A intensidade da fonte de raios-X observada pelo Chandra revelou que esta classificação original estava incorrecta. Ao invés, J0045+41 ou tinha que ser um sistema binário em M31 que continha uma estrela de neutrões ou buraco negro que puxava material da companheira – o tipo de sistema que Dorn-Wallenstein procurava originalmente em M31 – ou um sistema muito mais massivo e distante que continha pelo menos um buraco negro super-massivo em rápido crescimento.

No entanto, o espectro obtido pelo telescópio Gemini-Norte, levado a cabo por uma equipa da Universidade de Washington, mostrou que J0045+41 hospedava pelo menos um buraco negro super-massivo e permitiu com 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 então usou dados ópticos do PTF para procurar variações periódicas na luz de J0045+41. Encontraram vários períodos em J0045+41, incluindo os de cerca de 80 e 320 dias. A relação entre esses 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 co-autora 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. Em comparação, a estrela mais próxima do Sol está a cerca de 4 anos-luz.

Tal sistema poderá ser formado como consequência da fusão, há milhares de milhões de anos, de duas galáxias que continham um buraco negro super-massivo cada. À sua pequena separação actual, os dois buracos negros estão inevitavelmente cada vez mais próximos um do outro à medida que emitem ondas gravitacionais.

“Não somos capazes de quantificar exactamente a massa de cada um destes buracos negros,” afirma o co-autor John Ruan, também da Universidade de Washington. “Dependendo disso, pensamos que este par irá colidir e fundir-se num único buraco negro em tão pouco tempo quanto 350 anos ou no máximo daqui a 360.000 anos.”

Caso J0045+41 realmente contenha dois buracos negros em íntima órbita um do outro, estará a emitir ondas gravitacionais. No entanto, o sinal não será detectável nem com o LIGO nem com o Virgo. Estas instalações terrestres detectaram a fusão de buracos negros de massa estelar com não mais de 60 vezes a massa do Sol e, muito recentemente, uma fusão entre duas estrelas de neutrões.

“As fusões de buracos negros super-massivos ocorrem em câmara lenta em comparação com as dos buracos negros de massa estelar,” comenta Dorn-Wallenstein. “As mudanças muito mais lentas nas ondas gravitacionais de um sistema como J0045+41 podem, no máximo, ser detectadas por um tipo diferente de instalação de ondas gravitacionais chamado ‘Pulse Timing Array’.”

O artigo que descreve este resultado foi aceite para publicação na edição de 20 de Novembro da revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

Astronomia online
5 de Dezembro de 2017

[vasaioqrcode]

[SlideDeck2 id=42]

[powr-hit-counter id=0dd989b7_1512498236954]