25/05/2022 - 9:07
Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill (EUA) encontrou um tesouro anteriormente esquecido de enormes buracos negros em galáxias anãs. Os buracos negros recém-descobertos oferecem um vislumbre da história de vida do buraco negro supermassivo no centro de nossa própria Via Láctea.
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Como uma galáxia espiral gigante, acredita-se que a Via Láctea tenha sido construída a partir de fusões de muitas galáxias anãs menores. Por exemplo, as Nuvens de Magalhães vistas no céu meridional são galáxias anãs que se fundirão com a Via Láctea. Cada anã que se funde pode trazer consigo um buraco negro massivo central, com dezenas ou centenas de milhares de vezes a massa do nosso Sol, potencialmente destinado a ser engolido pelo buraco negro supermassivo central da Via Láctea.
Mas a frequência com que as galáxias anãs contêm um buraco negro massivo é desconhecida, deixando uma lacuna importante em nossa compreensão de como buracos negros e galáxias crescem juntos. Uma nova pesquisa publicada na revista The Astrophysical Journal ajuda a preencher essa lacuna, revelando que buracos negros massivos são muitas vezes mais comuns em galáxias anãs do que se pensava anteriormente.
“Este resultado realmente me surpreendeu porque esses buracos negros estavam anteriormente escondidos à vista de todos”, disse Mugdha Polimera, principal autora do estudo e doutoranda na Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.
Vaga-lumes cósmicos
Os buracos negros são normalmente detectados quando estão crescendo ativamente ingerindo gás e poeira estelar que gira em torno deles, o que os faz brilhar intensamente.
Sheila Kannappan, professora da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, orientadora de doutorado de Polimera e coautora do estudo, comparou buracos negros a vaga-lumes. “Assim como os vaga-lumes, vemos os buracos negros apenas quando estão iluminados – quando estão crescendo – e os iluminados nos dão uma pista de quantos não podemos ver.”
O problema é que, enquanto os buracos negros em crescimento brilham com radiação distinta de alta energia, as jovens estrelas recém-nascidas também podem fazer isso. Tradicionalmente, os astrônomos diferenciam buracos negros crescentes da formação de novas estrelas usando testes de diagnóstico que dependem de características detalhadas da luz visível de cada galáxia quando espalhadas em um espectro como um arco-íris.
Mensagens contraditórias
O caminho para a descoberta começou quando graduandos que trabalhavam com Kannappan tentaram aplicar esses testes tradicionais a dados de pesquisa de galáxias. A equipe percebeu que algumas das galáxias estavam enviando mensagens contraditórias – dois testes indicariam o crescimento de buracos negros, mas um terceiro indicaria apenas a formação de estrelas.
“Trabalhos anteriores haviam rejeitado casos ambíguos como esses da análise estatística, mas eu tinha um palpite de que eles poderiam ser buracos negros não descobertos em galáxias anãs”, disse Kannappan. Ela suspeitava que o terceiro teste, às vezes contraditório, era mais sensível que os outros dois às propriedades típicas das anãs: sua composição elementar simples (principalmente hidrogênio e hélio primordial do Big Bang) e sua alta taxa de formação de novas estrelas.
Chris Richardson, professor associado da Universidade Elon (EUA) e coautor do estudo, confirmou com simulações teóricas que os resultados do teste de mensagens mistas correspondiam exatamente ao que a teoria predizia para uma galáxia anã de composição primordial e altamente formadora de estrelas contendo um buraco negro massivo em crescimento. “O fato de minhas simulações se alinharem com o que o grupo de Kannappan descobriu me deixou animado para explorar as implicações de como as galáxias evoluem”, disse Richardson.
Censo de buracos negros em crescimento
Polimera assumiu o desafio de construir um novo censo de buracos negros em crescimento, com atenção aos tipos de mensagens tradicionais e mistas. Ela obteve medições publicadas de características espectrais de luz visível para testar buracos negros em milhares de galáxias encontradas em duas pesquisas lideradas por Kannappan, RESOLVE e ECO. Esses levantamentos incluem dados ultravioleta e de rádio ideais para estudar a formação de estrelas e têm um design incomum: enquanto a maioria dos levantamentos astronômicos seleciona amostras que favorecem galáxias grandes e brilhantes, RESOLVE e ECO são inventários completos de enormes volumes do universo atual em que galáxias anãs são abundantes.
“Era importante para mim que não distorcêssemos nossa busca de buracos negros em direção a galáxias anãs”, disse Polimera. “Mas ao analisar todo o censo, descobri que o novo tipo de buracos negros em crescimento quase sempre aparecia em galáxias anãs. Fiquei surpresa com os números quando os vi pela primeira vez.”
Mais de 80% de todos os buracos negros em crescimento que ela encontrou em galáxias anãs pertenciam ao novo tipo.
Confirmação
O resultado parecia bom demais. “Todos nós ficamos nervosos”, disse Polimera. “A primeira pergunta que me veio à mente foi: perdemos uma maneira pela qual a formação estelar extrema sozinha poderia explicar essas galáxias?” Ela liderou uma busca exaustiva por explicações alternativas envolvendo formação de estrelas, incertezas de modelagem ou astrofísica exótica. No final, a equipe foi forçada a concluir que os buracos negros recém-identificados eram reais.
“Ainda estamos nos beliscando”, disse Kannappan. “Estamos empolgados em buscar um zilhão de ideias de acompanhamento. Os buracos negros que encontramos são os blocos básicos de construção de buracos negros supermassivos como o da nossa Via Láctea. Há muito que queremos aprender sobre eles.”
