Os núcleos galácticos estão repletos de buracos negros. No início deste ano, 12 binários de raios-X foram descobertos no centro da Via Láctea, o que sugere que milhares de buracos negros podem estar escondidos naquela região. Um estudo recente mostra que se espera que esses buracos negros estelares orbitem em um disco ao redor do buraco negro supermassivo central.

As observações mostram que os centros da maioria das galáxias abrigam um buraco negro supermassivo. A imensa gravidade desses objetos atua para coletar uma densa população de milhões de estrelas e vários milhares de buracos negros de massa estelar em poucos anos-luz. Os astrofísicos simularam as interações das órbitas estelares nessas regiões e descobriram que os buracos negros se instalam em estruturas anteriormente inesperadas. Os resultados mostram que os objetos mais massivos da população estelar formam uma estrutura de disco espesso ao redor do buraco negro supermassivo nos núcleos galácticos.

"Anteriormente, pensava-se que as órbitas de objetos estelares leves e massivos eram distribuídas isotropicamente ao redor do buraco negro supermassivo. Agora entendemos que estrelas massivas e buracos negros normalmente segregam em um disco, "disse Ákos Szölgyén da Universidade Eötvös, Hungria, que liderou o estudo que foi publicado na revista Cartas de revisão física .

Szölgyén e seu Ph.D. conselheiro Bence Kocsis na Eötvös University, Hungria, incorporou um importante efeito adicional em sua simulação, ou seja, relaxamento ressonante vetorial. Este efeito representa um pequeno componente do torque gravitacional entre os objetos em órbita que se acumula ao longo de milhões de anos e se torna dominante em longas escalas de tempo. Como consequência, os planos orbitais dos objetos ao redor do buraco negro supermassivo giram lentamente.

"Ao contrário de um enxame de abelhas ao redor de uma colmeia, estrelas voam no centro galáctico de uma forma mais ordenada:ao longo de trajetórias elípticas precessantes, cada um confinado a um avião, respectivamente. As interações entre essas órbitas planas remodela lentamente suas orientações ao longo de milhões de anos, "explicou Bence Kocsis.

Os pesquisadores simularam as interações de órbitas estelares em aglomerados de estrelas nucleares ao longo da história cósmica desde sua formação.

"De acordo com nosso conhecimento atual, Os aglomerados de estrelas nucleares podem se formar de duas maneiras diferentes. O primeiro sugere que o gás voou para o centro da Galáxia e formou estrelas in situ em torno do buraco negro supermassivo. O outro modelo assume que os antigos aglomerados globulares espiralaram para o centro galáctico, onde as forças das marés do buraco negro supermassivo os separaram e povoaram a região central com seu conteúdo estelar. É provável que ambos os processos tenham sido igualmente importantes na formação do aglomerado de estrelas nucleares, "disse Ákos Szölgyén.

Em ambos os modelos, as órbitas estelares iniciais formaram discos em torno do buraco negro supermassivo central. A orientação desses discos é definida pela direção a partir da qual o gás ou os aglomerados globulares em queda se aproximaram do centro. Com o tempo, esses discos de estrelas interagem gravitacionalmente e a suposição anterior era de que eles acabariam se dissolvendo. No entanto, as estrelas mais massivas, que acabam se transformando em buracos negros, afundar em órbitas de inclinação inferior no disco semelhante a como as partículas mais massivas afundam no fundo de um recipiente. Os físicos descobriram esse fenômeno nas simulações e descobriram que os discos de objetos massivos podem ter vida longa.

"Enquanto o sistema estelar evolui para preencher a região disponível do espaço como um gás em um recipiente, alguns de seus constituintes, ou seja, os objetos enormes, não pode atingir a distribuição esférica mais desordenada. A interação gravitacional entre eles faz com que esses objetos se acomodem em um estado de baixa entropia, "explicou Bence Kocsis." Isso é muito semelhante ao processo de quebra espontânea de simetria conhecido na física de partículas e na física da matéria condensada. "

Eles também investigaram o que acontece com os objetos estelares leves e de massa intermediária nesta região. Enquanto as órbitas de objetos de massa intermediária, como estrelas do tipo B, mostrou uma pequena quantidade de anisotropia, os cálculos mostraram que os objetos leves, como estrelas da velha sequência principal, como o Sol, estrelas de nêutrons, e as anãs brancas se comportam de maneira fundamentalmente diferente. Os objetos estelares leves atingiram uma distribuição esférica no núcleo galáctico na simulação. Esses resultados são consistentes com as observações do centro da Via Láctea nas proximidades do buraco negro supermassivo central com uma população esférica de estrelas velhas de baixa massa, uma distribuição anisotrópica de estrelas B, e um disco deformado de jovens estrelas massivas.

Embora haja apenas uma dúzia de candidatos a buraco negro conhecidos no Centro Galáctico, os pesquisadores concluem que os buracos negros, que são tipicamente mais massivos do que as estrelas estão escondidas dentro do disco de estrelas massivas.

A descoberta pode ter implicações importantes na compreensão da dinâmica estelar de núcleos galácticos, evolução da galáxia, e a origem das ondas gravitacionais.

"Se milhares de buracos negros residem em um disco ao redor do buraco negro supermassivo central, eles podem deformar e perfurar coletivamente as nuvens de gás ambiente em núcleos galácticos ativos a partir dos quais fluxos altamente energéticos são observados. Esses fluxos podem afetar fundamentalmente a estrutura em grande escala da galáxia hospedeira, mesmo a milhares de anos-luz de distância, "disse Bence Kocsis." Mas a questão mais excitante é se a distribuição prevista dos discos dos buracos negros pode explicar a alta taxa de fusões vista em ondas gravitacionais pelo LIGO e por Virgo. "