Dois buracos negros supermassivos foram encontrados em “galáxias fósseis” criadas pela colisão e são tão massivos que se recusam a colidir e fundir-se. Esta descoberta poderia explicar porque é que, embora as fusões de buracos negros supermassivos tenham sido previstas em teoria, nunca foram observadas.
O sistema de buracos negros supermassivos está localizado na galáxia elíptica B2 0402+379. Os dois buracos negros juntos têm massa de 28 um bilhão Tem mais do dobro do tamanho do Sol, o que o torna o buraco negro binário mais massivo já visto. Não só isso, mas os componentes binários deste sistema são os mais próximos num par de buracos negros supermassivos, separados por apenas 24 anos-luz.
Este é o único buraco negro binário que foi resolvido com detalhes suficientes para ver os dois objetos separadamente. Curiosamente, embora a proximidade dos dois objetos sugira que devem colidir e fundir-se, eles parecem ter estado na mesma dança orbital um em torno do outro durante mais de 3 mil milhões de anos.
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A equipe que descobriu a dupla em dados coletados pelo telescópio Gemini North, no Havaí, acredita que os buracos negros supermassivos são impedidos de se fundir devido à sua enorme massa.
“Normalmente, as galáxias que contêm pares de buracos negros mais leves parecem ter estrelas e massa suficientes para unir os dois rapidamente”, disse Roger Romani, membro da equipe e professor de física na Universidade de Stanford. declaração. “Como este par é tão pesado, seriam necessárias muitas estrelas e gás para realizar o trabalho. Mas a dupla limpou a galáxia central dessa matéria, deixando-a inoperante.”
Dois pares de buracos negros supermassivos não são compatíveis… ainda
B2 0402+379 é um “aglomerado fóssil” que representa o que acontece quando um monte de estrelas e gás se fundem em uma galáxia massiva. A massa dos dois buracos negros supermassivos no seu núcleo sugere que uma série de fusões entre buracos negros mais pequenos os criou quando várias galáxias no aglomerado se encontraram e se fundiram.
Os cientistas acreditam que no coração da maioria das galáxias, se não de todas, existe um enorme buraco negro com uma massa equivalente a milhões ou milhares de milhões de sóis. Uma única estrela não pode entrar em colapso para gerar buracos negros tão massivos, por isso pensa-se que os buracos negros supermassivos nascem através de cadeias de fusões entre buracos negros sucessivamente maiores e mais massivos.
Quando as mesmas galáxias colidem e se fundem, os cientistas levantam a hipótese de que os buracos negros supermassivos nos seus núcleos se movem juntos para formar um emparelhamento binário. À medida que orbitam um ao outro, estes buracos negros emitem ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais que transportam o momento angular para longe da dupla, fazendo com que os buracos negros orbitem mais próximos uns dos outros.
Eventualmente, quando os buracos negros estiverem próximos o suficiente, sua gravidade deverá assumir o controle, e os buracos negros colidirão e se fundirão, assim como fizeram os buracos negros que colidiram para criá-los. A questão é: será que alguns buracos negros supermassivos poderiam ser tão massivos que a colisão pararia?
Para compreender melhor este sistema de buracos negros pesados, a equipa recorreu a dados de arquivo recolhidos pelo instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph (GSO) da Gemini North. Isto permite-lhes determinar a velocidade das estrelas próximas dos dois buracos negros supermassivos e, portanto, a massa total destes dois buracos negros.
“A excelente sensibilidade do GMOS permitiu-nos mapear as velocidades crescentes das estrelas quando olhamos para o centro galáctico”, acrescentou Roman. “Com isso, conseguimos deduzir a massa total dos buracos negros que existem por aí“.
Fusão paralisada
A massa dos dois buracos negros no sistema é tão grande que a equipe acredita que seria necessário um número excepcionalmente grande de estrelas ao seu redor para aproximar os dois buracos negros supermassivos. No entanto, enquanto isso acontecia, a energia que vazava da dupla lançava matéria para longe de sua vizinhança.
Isto deixou o centro de B2 0402+379 desprovido de estrelas e de gás suficientemente próximo do binário para extrair energia dele. Como resultado, o progresso destes dois buracos negros supermassivos um em direção ao outro foi interrompido à medida que se aproximavam dos estágios finais antes da fusão.
Os resultados da equipa fornecem um contexto importante relativamente à formação de buracos negros binários supermassivos após fusões de galáxias, mas também apoiam a ideia de que a massa destes binários é essencial para evitar que os buracos negros sigam o exemplo.
A equipe não tem certeza se os dois buracos negros supermassivos neste binário mais pesado já descoberto acabarão por superar essa pausa na fusão, ou se permanecerão permanentemente em um estado de limbo de fusão.
“Esperamos continuar as investigações sobre o núcleo de B2 0402+379, onde veremos quanto gás está presente”, disse o principal autor da pesquisa e estudante de graduação de Stanford, Tirath Surti. “Isto deverá dar-nos mais informações sobre se os buracos negros supermassivos poderão eventualmente fundir-se ou se permanecerão presos como binários.”
Uma forma de impedir este confronto massivo é se outra galáxia se fundir com B2 0402+379, lançando assim mais estrelas, gás e outro buraco negro massivo na mistura e perturbando este delicado equilíbrio. No entanto, o facto de B2 0402+379 ser uma galáxia fóssil que não foi perturbada durante milhares de milhões de anos torna este cenário provável.
Uma coisa que esta investigação confirma é a utilidade dos dados de arquivo de telescópios como o Gemini North, que está acoplado ao telescópio Gemini South numa montanha nos Andes chilenos para formar o Observatório Internacional Gemini, para os astrónomos.
“O arquivo de dados que serve o Observatório Internacional Gemini contém uma mina de ouro de descobertas científicas inexploradas”, disse Martin Steele, diretor do programa Observatório Internacional Gemini da Nation Science. “As medições coletivas deste enorme buraco negro binário são um exemplo impressionante do impacto potencial de novas pesquisas que exploram este rico arquivo.”
A pesquisa da equipe é publicada em Jornal Astrofísico.
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