p Pela primeira vez, uma equipe de astrônomos observou vários pares de galáxias nos estágios finais de fusão em um único, galáxias maiores. Olhando através de grossas paredes de gás e poeira ao redor dos núcleos confusos das galáxias em fusão, a equipe de pesquisa capturou pares de buracos negros supermassivos - cada um dos quais uma vez ocupou o centro de uma das duas galáxias menores originais - aproximando-se antes de se aglutinarem em um buraco negro gigante. p Liderado pelo ex-aluno da Universidade de Maryland, Michael Koss (M.S. '07, Ph.D. '11, astronomia), um cientista pesquisador da Eureka Scientific, Inc., com contribuições de astrônomos UMD, a equipe pesquisou centenas de galáxias próximas usando imagens do W.M. Observatório Keck no Havaí e Telescópio Espacial Hubble da NASA. As observações do Hubble representam mais de 20 anos de imagens do extenso arquivo do telescópio. A equipe descreveu suas descobertas em um artigo de pesquisa publicado em 8 de novembro, 2018, no jornal Natureza .

p "Ver os pares de núcleos de galáxias se fundindo associados a esses enormes buracos negros tão próximos foi incrível, "Koss disse." Em nosso estudo, vemos dois núcleos de galáxias exatamente quando as imagens foram tiradas. Você não pode argumentar contra isso; é um resultado muito 'limpo', que não depende de interpretação. "

p As imagens de alta resolução também fornecem uma visualização em close de um fenômeno que os astrônomos suspeitam ser mais comum no início do universo, quando as fusões de galáxias eram mais frequentes. Quando os buracos negros finalmente colidem, eles irão liberar energia poderosa na forma de ondas gravitacionais - ondulações no espaço-tempo recentemente detectadas pela primeira vez pelos detectores gêmeos do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO).

p As imagens também pressagiam o que provavelmente acontecerá em alguns bilhões de anos, quando nossa galáxia, a Via Láctea, se funde com a galáxia vizinha de Andrômeda. Ambas as galáxias hospedam buracos negros supermassivos em seu centro, que irão eventualmente se chocar e se fundir em um buraco negro maior.

p A equipe foi inspirada por uma imagem do Hubble de duas galáxias interagindo coletivamente chamadas de NGC 6240, que mais tarde serviu de protótipo para o estudo. A equipe primeiro procurou por visualmente obscurecidos, buracos negros ativos peneirando 10 anos de dados de raios-X do Burst Alert Telescope (BAT) a bordo do Neil Gehrels Swift Observatory da NASA.

p "A vantagem de usar o BAT do Swift é que ele observa alta energia, raios-X 'duros', "disse o co-autor do estudo Richard Mushotzky, um professor de astronomia na UMD e um membro do Joint Space-Science Institute (JSI). "Esses raios-X penetram através das espessas nuvens de poeira e gás que cercam as galáxias ativas, permitindo ao BAT ver coisas que são literalmente invisíveis em outros comprimentos de onda. "

p Os pesquisadores então vasculharam o arquivo do Hubble, concentrando-se nas galáxias em fusão que localizaram nos dados de raios-X. Eles então usaram o telescópio Keck super afiado, visão de infravermelho próximo para observar uma amostra maior dos buracos negros produtores de raios-X não encontrados no arquivo do Hubble.

p A equipe mirou em galáxias localizadas a uma média de 330 milhões de anos-luz da Terra - relativamente perto em termos cósmicos. Muitas das galáxias são semelhantes em tamanho às galáxias da Via Láctea e de Andrômeda. No total, a equipe analisou 96 galáxias observadas com o telescópio Keck e 385 galáxias do arquivo Hubble.

p Seus resultados sugerem que mais de 17 por cento dessas galáxias hospedam um par de buracos negros em seu centro, que estão bloqueados nos estágios finais de espiralamento cada vez mais próximos antes de se fundirem em um único, buraco negro ultra-massivo. Os pesquisadores ficaram surpresos ao encontrar uma fração tão alta de fusões em estágio avançado, porque a maioria das simulações sugere que os pares de buracos negros passam muito pouco tempo nesta fase.

p Para verificar seus resultados, os pesquisadores compararam as galáxias pesquisadas com um grupo de controle de 176 outras galáxias do arquivo do Hubble que não possuem buracos negros em crescimento ativo. Neste grupo, apenas cerca de um por cento das galáxias pesquisadas eram suspeitas de hospedar pares de buracos negros em estágios posteriores de fusão.

p Esta última etapa ajudou os pesquisadores a confirmar que os núcleos galácticos luminosos encontrados em seu censo de galáxias empoeiradas em interação são de fato uma assinatura de pares de buracos negros em rápido crescimento que se encaminham para uma colisão. De acordo com os pesquisadores, esta descoberta é consistente com as previsões teóricas, mas até agora, não foi verificado por observações diretas.

p "As pessoas realizaram estudos para procurar esses buracos negros de interação próxima antes, mas o que realmente permitiu este estudo em particular foram os raios-X que podem romper o casulo de poeira, "explicou Koss." Nós também olhamos um pouco mais longe no universo para que pudéssemos pesquisar um volume maior de espaço, dando-nos uma chance maior de encontrar mais luminoso, buracos negros de crescimento rápido. "

p Não é fácil encontrar núcleos galácticos tão próximos. A maioria das observações anteriores de galáxias em fusão captaram os buracos negros coalescentes em estágios anteriores, quando eles estavam cerca de 10 vezes mais longe. O estágio final do processo de fusão é tão evasivo porque as galáxias em interação são envoltas em poeira e gás densos, requer observações de alta resolução que podem ver através das nuvens e localizar os dois núcleos que se fundem.

p "Simulações de computador de esmagamentos de galáxias nos mostram que os buracos negros crescem mais rápido durante os estágios finais das fusões, perto do momento em que os buracos negros interagem, e isso é o que descobrimos em nossa pesquisa, "disse Laura Blecha, professor assistente de física na Universidade da Flórida e co-autor do estudo. Blecha foi um pós-doutorado do Prêmio JSI no Departamento de Astronomia da UMD antes de ingressar no corpo docente da UF em 2017. "O fato de que os buracos negros crescem cada vez mais rápido conforme o progresso das fusões nos diz que os encontros de galáxias são realmente importantes para nossa compreensão de como esses objetos chegaram a ser tão monstruosamente grande. "

p Futuros telescópios infravermelhos, como o altamente antecipado James Webb Space Telescope (JWST) da NASA, com lançamento previsto para 2021, fornecerá uma visão ainda melhor das fusões em pó, galáxias fortemente obscurecidas. Para pares de buracos negros próximos, O JWST também deve ser capaz de medir as massas, taxas de crescimento e outros parâmetros físicos para cada buraco negro.

p "Pode haver outros objetos que perdemos. Mesmo com o Hubble, muitas galáxias próximas em baixo redshift não podem ser resolvidas - os dois núcleos apenas se fundem em um, "disse o co-autor do estudo Sylvain Veilleux, um professor de astronomia na UMD e um JSI Fellow. "Com a maior resolução angular da JWST e sensibilidade ao infravermelho, que podem passar pelos núcleos empoeirados dessas galáxias, as pesquisas por esses objetos próximos devem ser fáceis de fazer. Também com JWST, seremos capazes de avançar para distâncias maiores, para ver objetos em redshift mais alto. Com essas observações, podemos começar a explorar a fração de objetos que estão se fundindo nos mais novos, regiões mais distantes do universo - o que deve ser bastante frequente. "