Impressão artística de dois buracos negros supermassivos prestes a se fundir. Há muito se pensa que buracos negros supermassivos ficam nos centros de quase todas as galáxias massivas. Mas como eles se unem aos pares durante as fusões de galáxias permanece um mistério. Agora, cientistas do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR) usaram simulações de computador para mostrar como os buracos negros supermassivos ficam ligados gravitacionalmente em ambientes estelares densos durante as intensas fusões ricas em gás de galáxias ricas em gás.

Quando ocorre uma fusão de galáxias entre duas galáxias ricas em gás, todas as estrelas e o gás nas galáxias ficam muito compactados. Este ambiente força a união de quaisquer buracos negros supermassivos no centro da galáxia.

"Pela primeira vez, mostrámos como os buracos negros supermassivos podem ligar-se rapidamente em fusões de galáxias ricas em gás," afirma o autor principal, Dr. Michael Tremmel, do ICRAR.

“Descobrimos que os ambientes estelares em galáxias ricas em gás permitem que os buracos negros supermassivos se aproximem uns dos outros e, ao mesmo tempo, o gás dentro destes ambientes remove energia suficiente para permitir que os buracos negros supermassivos se liguem.”

Os mecanismos de ligação para buracos negros supermassivos em grandes fusões têm tradicionalmente caído em duas categorias:“relaxamento violento” e “fricção dinâmica”.

“O relaxamento violento descreve um cenário em que um buraco negro supermassivo binário está numa cúspide estelar fria que sacode violentamente os buracos negros centrais para se ligar”, diz o co-autor Dr. Duncan Forgan, do ICRAR.

“No entanto, descobrimos que mesmo para galáxias muito massivas com ambientes estelares centrais muito densos, os tempos de relaxamento são demasiado longos, com o ambiente estelar destruindo o sistema binário inicial de buracos negros supermassivos antes que a ligação ocorra.”

O outro mecanismo é o atrito dinâmico. Isto descreve a lenta transferência de energia e momento de um buraco negro supermassivo central para as estrelas circundantes.

“O atrito dinâmico só é eficiente se o buraco negro supermassivo central estiver rodeado por um aglomerado estelar compacto”, diz o Dr. Tremmel.

“Como muitas galáxias têm buracos negros supermassivos centrais, que não estão incorporados em aglomerados estelares compactos, percebemos que precisávamos descobrir se havia outra maneira de os buracos negros supermassivos se fundirem rapidamente.”

Para as suas simulações, os investigadores usaram o código GAEA de N-corpos, que é particularmente adequado para modelar fusões de galáxias ricas em gás.

“Embora o trabalho anterior fosse limitado pela resolução computacional e, portanto, pudesse resolver apenas parcialmente esses densos ambientes estelares, usamos uma nova técnica de zoom que nos permite resolver essas regiões com detalhes sem precedentes”, diz o co-autor Professor Lucio Mayer, também do ICRAR.

“Descobrimos que as fusões de galáxias ricas em gás podem produzir muito rapidamente ambientes estelares extremamente densos em torno dos buracos negros supermassivos em fusão e este ambiente denso pode drenar rapidamente a energia do sistema binário, fazendo com que os buracos negros supermassivos se liguem dentro de cerca de 100 milhões de anos.”

Esta pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.