Impressão artística de dois buracos negros supermassivos prestes a se fundir. Acredita-se que os buracos negros supermassivos, os maiores buracos negros do Universo, residam nos centros da maioria das galáxias. Quando as galáxias se fundem, espera-se também que os seus buracos negros supermassivos se fundam, um processo que provavelmente alimenta muitos dos eventos brilhantes observados no Universo distante. Crédito:NASA/CXC/M.Weiss

Acredita-se que os buracos negros supermassivos, os maiores buracos negros do Universo, residam nos centros da maioria das galáxias. Quando as galáxias colidem, os seus buracos negros centrais também se aproximam, formando eventualmente um par binário. À medida que estes buracos negros binários espiralam entre si, emitem poderosas ondas gravitacionais, ondulações na curvatura do espaço-tempo. Em 2015, o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser (LIGO) detectou as primeiras ondas gravitacionais de um par binário de buracos negros em fusão.

Como exatamente os buracos negros supermassivos formam pares durante as fusões de galáxias tem sido, até agora, pouco compreendido. Uma equipe de pesquisadores do Centro de Astrofísica Computacional (CCA) do Instituto Flatiron, na cidade de Nova York, realizou simulações numéricas para investigar este problema. Os resultados, publicados na revista Physical Review Letters, mostram como os buracos negros supermassivos ficam ligados gravitacionalmente durante o caótico rescaldo de uma colisão galáctica.

Os pesquisadores usaram uma técnica chamada Hidrodinâmica de Partículas Suavizadas para acompanhar os movimentos complexos do gás e das estrelas que constituem as galáxias durante uma colisão. Eles descobriram que após a fusão de duas galáxias de disco, os seus buracos negros supermassivos formam um par binário, mesmo quando os buracos negros começaram relativamente distantes um do outro. Isto acontece porque as estrelas e o gás nas galáxias atuam como uma espécie de cola, mantendo os buracos negros unidos através das suas interações gravitacionais.

“As nossas simulações mostram como os buracos negros supermassivos formam pares ligados durante as fusões de galáxias, o que é um passo necessário para que eventualmente se fundam e emitam ondas gravitacionais. As observações do LIGO de ondas gravitacionais provenientes de buracos negros em fusão estão, portanto, a fornecer informações indiretas sobre a dinâmica das fusões de galáxias,” disse Volker Springel, membro do CCA e professor de Astrofísica no Instituto de Estudos Teóricos de Heidelberg.

As simulações mostram que galáxias com mais estrelas e gás são capazes de unir os seus buracos negros supermassivos em pares binários mais compactos do que galáxias menos densas. As propriedades dos buracos negros binários produzidos nestas simulações estão de acordo com as observações de buracos negros binários feitas pelo LIGO.

Esta pesquisa fornece informações importantes sobre a física das fusões de galáxias. Estas informações serão cruciais para detectar e interpretar futuros sinais de ondas gravitacionais provenientes da fusão de buracos negros e para compreender a evolução das galáxias ao longo do tempo.