p Os buracos negros supermassivos têm amigos? A natureza da formação da galáxia sugere que a resposta é sim, e de fato, pares de buracos negros supermassivos devem ser comuns no universo. p Eu sou um astrofísico e estou interessado em uma ampla gama de problemas teóricos em astrofísica, desde a formação das primeiras galáxias até as interações gravitacionais dos buracos negros, estrelas e até planetas. Os buracos negros são sistemas intrigantes, e buracos negros supermassivos e os densos ambientes estelares que os cercam representam um dos lugares mais extremos em nosso universo.

p O buraco negro supermassivo que se esconde no centro de nossa galáxia, chamado Sgr A *, tem uma massa de cerca de 4 milhões de vezes a do nosso sol. Um buraco negro é um lugar no espaço onde a gravidade é tão forte que nenhuma partícula ou luz pode escapar dele. Circundando Sgr A * está um denso aglomerado de estrelas. Medições precisas das órbitas dessas estrelas permitiram aos astrônomos confirmar a existência desse buraco negro supermassivo e medir sua massa. Por mais de 20 anos, os cientistas têm monitorado as órbitas dessas estrelas em torno do buraco negro supermassivo. Com base no que vimos, meus colegas e eu mostramos que se houver um amigo lá, pode ser um segundo buraco negro próximo de pelo menos 100, 000 vezes a massa do Sol.

p Buracos negros supermassivos e seus amigos

p Quase todas as galáxias, incluindo nossa Via Láctea, tem um buraco negro supermassivo em seu coração, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol. Os astrônomos ainda estão estudando por que o coração das galáxias costuma hospedar um buraco negro supermassivo. Uma ideia popular conecta-se à possibilidade de que os buracos supermassivos tenham amigos.

p Para entender essa ideia, precisamos voltar a quando o universo tinha cerca de 100 milhões de anos, à era das primeiras galáxias. Eles eram muito menores do que as galáxias de hoje, cerca de 10, 000 ou mais vezes menos massivo do que a Via Láctea. Dentro dessas primeiras galáxias, as primeiras estrelas que morreram criaram buracos negros, de cerca de dezenas a milhar da massa do Sol. Esses buracos negros afundaram até o centro de gravidade, o coração de sua galáxia hospedeira. Uma vez que as galáxias evoluem fundindo-se e colidindo umas com as outras, colisões entre galáxias resultarão em pares de buracos negros supermassivos - a parte chave desta história. Os buracos negros então colidem e também aumentam de tamanho. Um buraco negro com mais de um milhão de vezes a massa do nosso filho é considerado supermassivo.

p Se de fato o buraco negro supermassivo tem um amigo girando em torno dele em órbita próxima, o centro da galáxia está travado em uma dança complexa. Os puxões gravitacionais dos parceiros também exercerão sua própria atração sobre as estrelas próximas, perturbando suas órbitas. Os dois buracos negros supermassivos estão orbitando um ao outro, e ao mesmo tempo, cada um está exercendo sua própria atração sobre as estrelas ao seu redor.

p As forças gravitacionais dos buracos negros puxam essas estrelas e as fazem mudar de órbita; em outras palavras, depois de uma revolução em torno do par de buracos negros supermassivos, uma estrela não voltará exatamente ao ponto em que começou.

p Usando nosso entendimento da interação gravitacional entre o possível par de buracos negros supermassivos e as estrelas circundantes, os astrônomos podem prever o que acontecerá com as estrelas. Astrofísicos como meus colegas e eu podemos comparar nossas previsões com as observações, e então pode determinar as órbitas possíveis das estrelas e descobrir se o buraco negro supermassivo tem uma companheira que está exercendo influência gravitacional.

p Usando uma estrela bem estudada, chamado S0-2, que orbita o buraco negro supermassivo que fica no centro da galáxia a cada 16 anos, já podemos descartar a ideia de que existe um segundo buraco negro supermassivo com massa acima de 100, 000 vezes a massa do Sol e mais do que cerca de 200 vezes a distância entre o Sol e a Terra. Se houvesse tal companheiro, então, eu e meus colegas teríamos detectado seus efeitos na órbita do SO-2.

p Mas isso não significa que um buraco negro companheiro menor ainda não possa se esconder lá. Tal objeto pode não alterar a órbita do SO-2 de uma forma que possamos medir facilmente.

p A física dos buracos negros supermassivos

p Os buracos negros supermassivos têm recebido muita atenção ultimamente. Em particular, a imagem recente de tal gigante no centro da galáxia M87 abriu uma nova janela para a compreensão da física por trás dos buracos negros.

p A proximidade do centro galáctico da Via Láctea - apenas 24, 000 anos-luz de distância - fornece um laboratório exclusivo para abordar questões na física fundamental de buracos negros supermassivos. Por exemplo, astrofísicos como eu gostariam de entender seu impacto nas regiões centrais das galáxias e seu papel na formação e evolução das galáxias. A detecção de um par de buracos negros supermassivos no centro galáctico indicaria que a Via Láctea se fundiu com outra, possivelmente pequeno, galáxia em algum momento no passado.

p Isso não é tudo o que o monitoramento das estrelas ao redor pode nos dizer. As medições da estrela S0-2 permitiram aos cientistas realizar um teste único da teoria geral da relatividade de Einstein. Em maio de 2018, S0-2 passou zunindo pelo buraco negro supermassivo a uma distância de apenas cerca de 130 vezes a distância da Terra ao sol. De acordo com a teoria de Einstein, o comprimento de onda da luz emitida pela estrela deve esticar à medida que sobe do poço gravitacional profundo do buraco negro supermassivo.

p O alongamento do comprimento de onda que Einstein previu - que faz a estrela parecer mais vermelha - foi detectado e prova que a teoria da relatividade geral descreve com precisão a física nesta zona gravitacional extrema. Estou aguardando ansiosamente a segunda abordagem mais próxima de S0-2, que ocorrerá em cerca de 16 anos, porque astrofísicos como eu serão capazes de testar mais as previsões de Einstein sobre a relatividade geral, incluindo a mudança da orientação da órbita alongada das estrelas. Mas se o buraco negro supermassivo tiver um parceiro, isso pode alterar o resultado esperado.

p Finalmente, se houver dois buracos negros massivos orbitando um ao outro no centro da galáxia, como minha equipe sugere, é possível, eles vão emitir ondas gravitacionais. Desde 2015, os observatórios LIGO-Virgo têm detectado radiação de ondas gravitacionais a partir da fusão de buracos negros de massa estelar e estrelas de nêutrons. Essas detecções inovadoras abriram uma nova maneira para os cientistas sentirem o universo.

p Quaisquer ondas emitidas por nosso par hipotético de buracos negros estarão em baixas frequências, muito baixo para que os detectores LIGO-Virgo detectem. Mas um detector espacial planejado conhecido como LISA pode ser capaz de detectar essas ondas, o que ajudará os astrofísicos a descobrir se o buraco negro do centro da galáxia está sozinho ou tem um parceiro. p Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.