Parece que até os buracos negros não resistem à tentação de se inserir nas fotos sem avisar. Uma fotobomba cósmica encontrada como um objeto de fundo em imagens da galáxia de Andrômeda, revelou o que poderia ser o par de buracos negros supermassivos mais fortemente acoplado já visto.

Os astrônomos fizeram esta descoberta notável usando dados de raios-X do Observatório de raios-X Chandra da NASA e dados ópticos de telescópios terrestres, Gemini-North no Havaí e a Palomar Transient Factory da Caltech na Califórnia.

Esta fonte incomum, chamado LGGS J004527.30 + 413254.3 (J0045 + 41 para breve), foi visto em imagens ópticas e de raios-X de Andrômeda, também conhecido como M31. Até recentemente, cientistas pensaram que J0045 + 41 era um objeto dentro de M31, uma grande galáxia espiral localizada relativamente próxima a uma distância de cerca de 2,5 milhões de anos-luz da Terra. Os novos dados, Contudo, revelou que J0045 + 41 estava realmente a uma distância muito maior, cerca de 2,6 bilhões de anos-luz da Terra.

"Estávamos procurando um tipo especial de estrela em M31 e pensamos que havíamos encontrado uma, "disse Trevor Dorn-Wallenstein, da Universidade de Washington em Seattle, WA, que liderou o artigo que descreve esta descoberta. "Ficamos surpresos e animados em encontrar algo muito estranho!"

Ainda mais intrigante do que a grande distância do J0045 + 41 é que ele provavelmente contém um par de buracos negros gigantes em órbita próxima um do outro. A massa total estimada para esses dois buracos negros supermassivos é cerca de duzentos milhões de vezes a massa do nosso sol.

Anteriormente, uma equipe diferente de astrônomos viu variações periódicas na luz óptica de J0045 + 41, e, acreditando ser um membro do M31, classificou-o como um par de estrelas que orbitavam em torno uma da outra cerca de uma vez a cada 80 dias.

A intensidade da fonte de raios-X observada por Chandra revelou que esta classificação original estava incorreta. Em vez, J0045 + 41 tinha que ser um sistema binário em M31 contendo uma estrela de nêutrons ou buraco negro que está puxando material de um companheiro - o tipo de sistema que Dorn-Wallenstein estava originalmente procurando em M31 - ou um sistema muito mais massivo e distante que contém pelo menos um buraco negro supermassivo de crescimento rápido.

Contudo, um espectro do telescópio Gemini-North obtido pela equipe da Universidade de Washington mostrou que J0045 + 41 deve hospedar pelo menos um buraco negro supermassivo e permitiu aos pesquisadores estimar a distância. O espectro também forneceu possíveis evidências de que um segundo buraco negro estava presente em J0045 + 41 e se movendo a uma velocidade diferente do primeiro, como esperado se os dois buracos negros estiverem orbitando um ao outro.

A equipe então usou dados ópticos da Palomar Transient Factory para pesquisar variações periódicas na luz do J0045 + 41. Eles encontraram vários períodos em J0045 + 41, incluindo uns em cerca de 80 e 320 dias. A proporção entre esses períodos é compatível com a prevista por trabalhos teóricos sobre a dinâmica de dois buracos negros gigantes orbitando um ao outro.

"Esta é a primeira vez que evidências tão fortes foram encontradas para um par de buracos negros gigantes em órbita, "disse a co-autora Emily Levesque, da Universidade de Washington.

Os pesquisadores estimam que os dois supostos buracos negros orbitam um ao outro com uma separação de apenas algumas centenas de vezes a distância entre a Terra e o Sol. Isso corresponde a menos de um centésimo de ano-luz. Por comparação, a estrela mais próxima do nosso Sol está a cerca de quatro anos-luz de distância.

Tal sistema poderia ser formado como consequência da fusão, bilhões de anos antes, de duas galáxias, cada uma contendo um buraco negro supermassivo. Em sua atual separação próxima, os dois buracos negros estão inevitavelmente se aproximando enquanto emitem ondas gravitacionais.

"Não podemos apontar exatamente quanta massa cada um desses buracos negros contém, "disse o co-autor John Ruan, também da Universidade de Washington. "Dependendo disso, achamos que este par colidirá e se fundirá em um buraco negro em apenas 350 anos ou até 360, 000 anos. "

Se J0045 + 41 realmente contiver dois buracos negros em órbita próxima, ele estará emitindo ondas gravitacionais, no entanto, o sinal não seria detectável com LIGO e Virgo. Essas instalações terrestres detectaram a fusão de buracos negros de massa estelar pesando não mais do que cerca de 60 sóis e, muito recentemente, uma entre duas estrelas de nêutrons.

"As fusões de buracos negros supermassivos ocorrem em câmera lenta em comparação com os buracos negros de massa estelar", disse Dorn-Wallenstein. "As mudanças muito mais lentas nas ondas gravitacionais de um sistema como o J0045 + 41 podem ser mais bem detectadas por um tipo diferente de instalação de ondas gravitacionais chamada Pulsar Timing Array."

Um artigo descrevendo este resultado foi aceito para publicação na edição de 20 de novembro do The Astrophysical Journal e está disponível online.