Os astrônomos descobriram um tipo de buraco negro supermassivo em crescimento disfarçado de outro, graças a um conjunto de telescópios, incluindo o Observatório de Raios-X Chandra da NASA. A verdadeira identidade desses buracos negros ajuda a resolver um mistério antigo da astrofísica.

Os buracos negros identificados incorretamente são de uma pesquisa conhecida como Chandra Deep Field-South (CDF-S), a imagem de raio-X mais profunda já obtida.

Buracos negros supermassivos crescem puxando o material circundante, que é aquecido e produz radiação em uma ampla gama de comprimentos de onda, incluindo raios-X. Muitos astrônomos acham que esse crescimento inclui uma fase, que aconteceu bilhões de anos atrás, quando um denso casulo de poeira e gás cobre a maioria dos buracos negros. Esses casulos de material são a fonte de combustível que permite ao buraco negro crescer e gerar radiação.

Com base na imagem atual mantida por astrônomos, muitos buracos negros imersos em tal casulo (chamados de buracos negros "fortemente obscurecidos") deveriam existir. Contudo, este tipo de buraco negro em crescimento é notoriamente difícil de encontrar, e até agora o número observado ficou aquém das previsões - mesmo nas imagens mais profundas como o CDF-S.

"Com nossas novas identificações, encontramos um monte de buracos negros fortemente obscurecidos que haviam sido perdidos, "disse Erini Lambrides da Universidade Johns Hopkins (JHU) em Baltimore, Maryland, quem conduziu o estudo. "Gostamos de dizer que encontramos esses buracos negros gigantes, mas eles estiveram realmente lá o tempo todo. "

O último estudo combinou mais de 80 dias de tempo de observação do Chandra no CDF-S com grandes quantidades de dados em diferentes comprimentos de onda de outros observatórios, incluindo o telescópio espacial Hubble da NASA e o telescópio espacial Spitzer da NASA. A equipe analisou buracos negros localizados a 5 bilhões de anos-luz ou mais de distância da Terra. Nessas distâncias, cientistas já haviam encontrado 67 fortemente obscurecidos, crescentes buracos negros com dados de raios-X e infravermelho no CDF-S. Neste último estudo, os autores identificaram outros 28.

Esses 28 buracos negros supermassivos foram anteriormente categorizados de forma diferente - seja como buracos negros de crescimento lento com baixa densidade ou casulos inexistentes, ou como galáxias distantes.

"Isso pode ser considerado um caso de identidade equivocada de buraco negro, "disse o co-autor Marco Chiaberge, do Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland, "mas esses buracos negros são excepcionalmente bons em esconder exatamente o que são."

Lambrides e seus colegas compararam seus dados com as expectativas de um típico buraco negro em crescimento. Usando dados de todos os comprimentos de onda, exceto para raios-X, eles previram a quantidade de raios-X que deveriam detectar em cada buraco negro. Os pesquisadores descobriram um nível muito mais baixo de raios-X do que esperavam de 28 fontes, o que implica que o casulo em torno deles é cerca de dez vezes mais denso do que os cientistas estimaram anteriormente para esses objetos.

Levando em consideração a maior densidade do casulo, a equipe mostrou que os buracos negros identificados incorretamente estão produzindo mais raios-X do que se pensava anteriormente, mas o casulo mais denso impede que a maioria desses raios X escape e alcance o telescópio Chandra. Isso significa que eles estão crescendo mais rapidamente.

Os grupos anteriores não aplicaram a técnica de análise adotada por Lambrides e sua equipe, nem usaram o conjunto completo de dados disponíveis para o CDF-S, dando-lhes poucas informações sobre a densidade dos casulos.

Esses resultados são importantes para modelos teóricos que estimam o número de buracos negros no universo e suas taxas de crescimento, incluindo aqueles com diferentes níveis de obscurecimento (em outras palavras, quão densos são seus casulos). Os cientistas projetam esses modelos para explicar um brilho uniforme em raios-X no céu, chamado de "fundo de raios-X, "descoberto pela primeira vez na década de 1960. Buracos negros em crescimento individuais observados em imagens como o CDF-S são responsáveis ​​pela maior parte do fundo de raios-X.

O fundo de raios-X não resolvido atualmente em fontes individuais é dominado por raios-X com energias acima do limite que o Chandra pode detectar. Buracos negros fortemente obscurecidos são uma explicação natural para este componente não resolvido porque os raios-X de baixa energia são absorvidos pelo casulo mais do que os de alta energia, e, portanto, são menos detectáveis. Os buracos negros adicionalmente obscurecidos relatados aqui ajudam a reconciliar as diferenças anteriores entre os modelos teóricos e as observações.

"É como se o fundo do raio X fosse uma imagem borrada que lentamente entrou em foco por décadas, "disse o co-autor Roberto Gilli do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) de Bolonha, Itália. "Nosso trabalho envolveu a compreensão da natureza dos objetos que foram alguns dos últimos a serem resolvidos."

Além de ajudar a explicar o histórico de raios-X, esses resultados são importantes para entender a evolução dos buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras. As massas das galáxias e seus buracos negros supermassivos estão correlacionados uns com os outros, o que significa que quanto maior a massa da galáxia, maior a massa do buraco negro.

Um artigo relatando os resultados deste estudo está sendo publicado no The Astrophysical Journal . Os outros autores do artigo são Timothy Heckman do JHU; Fabio Vito, da Pontificia Universidad Católica de Chile, em Santiago, Chile; e Colin Norman do JHU.

O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla a ciência e as operações de voo de Cambridge e Burlington, Massachusetts.