p A galáxia 3C186, localizado a cerca de 8 bilhões de anos-luz da Terra, é provavelmente o resultado de uma fusão de duas galáxias. Isso é apoiado por caudas de maré em forma de arco, geralmente produzido por um puxão gravitacional entre duas galáxias em colisão, identificados pelos cientistas. A fusão das galáxias também levou à fusão dos dois buracos negros supermassivos em seus centros, e o buraco negro resultante foi então expulso de sua galáxia-mãe pelas ondas gravitacionais criadas pela fusão. Crédito:NASA, ESA, e M. Chiaberge (STScI / ESA)
p Astrônomos descobriram um buraco negro supermassivo que foi impulsionado para fora do centro de uma galáxia distante pelo que poderia ser o incrível poder das ondas gravitacionais. p Embora tenha havido várias outras suspeitas, buracos negros igualmente iniciados em outros lugares, nenhum foi confirmado até agora. Os astrônomos acham que este objeto, detectado pelo telescópio espacial Hubble da NASA, é um caso muito forte. Pesando mais de 1 bilhão de sóis, o buraco negro desonesto é o buraco negro mais massivo já detectado que foi expulso de sua casa central.
p Os pesquisadores estimam que foi necessária a energia equivalente a 100 milhões de supernovas explodindo simultaneamente para lançar o buraco negro. A explicação mais plausível para essa energia propulsiva é que o objeto monstro recebeu um chute por ondas gravitacionais desencadeadas pela fusão de dois buracos negros robustos no centro da galáxia hospedeira.
p Previsto pela primeira vez por Albert Einstein, ondas gravitacionais são ondulações no espaço que são criadas quando dois objetos massivos colidem. As ondulações são semelhantes aos círculos concêntricos produzidos quando uma rocha robusta é lançada em um lago. Ano passado, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ajudou os astrônomos a provar que as ondas gravitacionais existem, detectando-as emanando da união de dois buracos negros de massa estelar, que são várias vezes mais massivas que o sol.
p As observações de Hubble do buraco negro rebelde surpreenderam a equipe de pesquisa. "Quando eu vi isso pela primeira vez, Achei que estávamos vendo algo muito peculiar, "disse o líder da equipe Marco Chiaberge do Space Telescope Science Institute (STScI) e da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, Maryland. "Quando combinamos as observações do Hubble, o Observatório de Raios-X Chandra, e o Sloan Digital Sky Survey, tudo apontava para o mesmo cenário. A quantidade de dados que coletamos, de raios-X a luz ultravioleta e infravermelha próxima, é definitivamente maior do que qualquer um dos outros buracos negros desonestos candidatos. "
p O artigo de Chiaberge aparecerá na edição de 30 de março da
Astronomia e Astrofísica .
p Imagens do Hubble obtidas em luz visível e infravermelha forneceram a primeira pista de que a galáxia era incomum. As imagens revelaram um quasar brilhante, a assinatura energética de um buraco negro, residindo longe do núcleo galáctico. Os buracos negros não podem ser observados diretamente, mas eles são a fonte de energia no coração dos quasares - intenso, jatos compactos de radiação que podem ofuscar uma galáxia inteira. O quasar, denominado 3C 186, e sua galáxia hospedeira reside a 8 bilhões de anos-luz de distância em um aglomerado de galáxias. A equipe descobriu as características peculiares da galáxia enquanto conduzia uma pesquisa do Hubble em galáxias distantes, liberando poderosas explosões de radiação no meio de fusões de galáxias.
p "Eu esperava ver muitas galáxias se fundindo, e esperava ver galáxias hospedeiras confusas ao redor dos quasares, mas eu não esperava ver um quasar claramente deslocado do centro de uma galáxia de formato regular, "Chiaberge relembrou." Os buracos negros residem no centro das galáxias, portanto, é incomum ver um quasar fora do centro. "
p Esta ilustração mostra como as ondas gravitacionais podem impulsionar um buraco negro do centro de uma galáxia. O cenário começa no primeiro painel com a fusão de duas galáxias, cada um com um buraco negro central. No segundo painel, os dois buracos negros na galáxia recém-fundida se acomodam no centro e começam a girar em torno um do outro. Esta ação energética produz ondas gravitacionais. À medida que os dois objetos pesados continuam a irradiar energia gravitacional, eles se aproximam um do outro com o tempo, como visto no terceiro painel. Se os buracos negros não tiverem a mesma massa e taxa de rotação, eles emitem ondas gravitacionais com mais força em uma direção, conforme mostrado pela área clara no canto superior esquerdo. Os buracos negros finalmente se fundem no quarto painel, formando um buraco negro gigante. A energia emitida pela fusão impele o buraco negro para longe do centro na direção oposta das ondas gravitacionais mais fortes. Crédito:NASA, ESA, e A. Feild (STScI)
p A equipe calculou a distância do buraco negro do núcleo comparando a distribuição da luz das estrelas na galáxia hospedeira com a de uma galáxia elíptica normal a partir de um modelo de computador. O buraco negro viajou mais de 35, 000 anos-luz do centro, que é mais do que a distância entre o sol e o centro da Via Láctea.
p Com base em observações espectroscópicas feitas pelo Hubble e pela pesquisa Sloan, os pesquisadores estimaram a massa do buraco negro e mediram a velocidade do gás preso perto do objeto gigante. A espectroscopia divide a luz em suas cores componentes, que pode ser usado para medir velocidades no espaço. "Para nossa surpresa, descobrimos que o gás ao redor do buraco negro estava voando para longe do centro da galáxia a 4,7 milhões de milhas por hora, "disse o membro da equipe Justin Ely do STScI. Esta medição também é um medidor da velocidade do buraco negro, porque o gás está gravitacionalmente preso ao objeto monstro.
p Os astrônomos calcularam que o buraco negro está se movendo tão rápido que viajaria da Terra à lua em três minutos. Isso é rápido o suficiente para o buraco negro escapar da galáxia em 20 milhões de anos e vagar pelo universo para sempre.
p A imagem do Hubble revelou uma pista interessante que ajudou a explicar a localização rebelde do buraco negro. A galáxia hospedeira tem feições tênues em forma de arco chamadas caudas de maré, produzido por um puxão gravitacional entre duas galáxias em colisão. Esta evidência sugere uma possível união entre o sistema 3C 186 e outra galáxia, cada um com central, buracos negros massivos que podem ter eventualmente se fundido.
p Com base nesta evidência visível, junto com o trabalho teórico, os pesquisadores desenvolveram um cenário para descrever como o buraco negro gigante poderia ser expulso de sua casa central. De acordo com sua teoria, duas galáxias se fundem, e seus buracos negros se instalam no centro da galáxia elíptica recém-formada. À medida que os buracos negros giram em torno uns dos outros, as ondas de gravidade são lançadas como a água de um irrigador de grama. Os objetos pesados aproximam-se uns dos outros ao longo do tempo à medida que irradiam energia gravitacional. Se os dois buracos negros não tiverem a mesma massa e taxa de rotação, eles emitem ondas gravitacionais com mais força ao longo de uma direção. Quando os dois buracos negros colidem, eles param de produzir ondas gravitacionais. O buraco negro recém-fundido então recua na direção oposta das ondas gravitacionais mais fortes e dispara como um foguete.
p Os pesquisadores têm sorte de ter detectado este evento único porque nem toda fusão de buracos negros produz ondas gravitacionais desequilibradas que impulsionam um buraco negro na direção oposta. "Essa assimetria depende de propriedades como a massa e a orientação relativa dos eixos de rotação dos orifícios traseiros antes da fusão, "disse o membro da equipe Colin Norman, do STScI e da Universidade Johns Hopkins." É por isso que esses objetos são tão raros. "
p Uma explicação alternativa para o quasar offset, embora improvável, propõe que o objeto brilhante não reside na galáxia. Em vez de, o quasar está localizado atrás da galáxia, mas a imagem do Hubble dá a ilusão de que está à mesma distância da galáxia. Se fosse esse o caso, os pesquisadores deveriam ter detectado uma galáxia ao fundo hospedando o quasar.
p Se a interpretação dos pesquisadores estiver correta, as observações podem fornecer fortes evidências de que buracos negros supermassivos podem realmente se fundir. Os astrônomos têm evidências de colisões de buracos negros para buracos negros de massa estelar, mas o processo que regula os buracos negros supermassivos é mais complexo e não completamente compreendido.
p A equipe espera usar o Hubble novamente, em combinação com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) e outras instalações, para medir com mais precisão a velocidade do buraco negro e seu disco de gás, o que pode fornecer mais informações sobre a natureza desse objeto bizarro.
