Menu
Astronomia

Quasar duplo ilumina buracos negros supermassivos perto de se chocar em fusão de galáxias

Descoberta é rara por mostrar dois quasares ativos ao mesmo tempo e próximos o suficiente – apenas 10 mil anos-luz de distância – para se fundirem em seguida

Concepção artística mostrando a luz brilhante de dois quasares residindo nos núcleos de duas galáxias que estão em processo caótico de fusão. O cabo de guerra gravitacional entre as duas galáxias inicia uma tempestade de nascimento de estrelas. Crédito: Nasa, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

eduardoi eduardo - https://revistaplaneta.com.br/author/eduardo/

06/04/2023 - 7:46

Astrônomos fizeram uma rara descoberta no universo primordial envolvendo dois buracos negros supermassivos – ou quasares – alimentando-se ativamente, separados por apenas 10 mil anos-luz um do outro, que estão à beira de uma colossal colisão.

Usando um conjunto de telescópios espaciais e terrestres, incluindo dois Observatórios de Maunakea, no Havaí (EUA) – W. M. Keck e Gemini North –, os pesquisadores encontraram o par de buracos negros embutidos em duas galáxias que se fundiram quando o universo tinha apenas 3 bilhões de anos.

O estudo, liderado pela Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (EUA), foi publicado na revista Nature.

Frenesi de alimentação

Encontrar tal sistema é difícil devido ao desafio de distinguir dois buracos negros individualmente quando eles estão tão próximos um do outro. Mas nesse sistema em particular, chamado J0749+2255, ambos os buracos negros estavam em um frenesi de alimentação, devorando gás e poeira que se aqueceu a temperaturas tão altas que a dupla produziu um enorme show de fogos de artifício. Essa atividade é chamada de quasar, um fenômeno que ocorre quando os buracos negros emitem uma enorme quantidade de luz através do espectro eletromagnético enquanto se alimentam.

J0749+2255 é altamente incomum porque o sistema não possui um, mas dois quasares ativos ao mesmo tempo e próximos o suficiente para que posteriormente se fundam.

Concepção artística que ilustra que astrônomos, usando uma série de telescópios terrestres e espaciais (incluindo o Gemini North no Havaí), descobriram uma dupla estreitamente ligada de quasares energéticos – a marca registrada de um par de galáxias em fusão – visto quando o universo tinha apenas 3 bilhões de anos. Essa descoberta lança luz sobre a evolução das galáxias no “meio-dia cósmico”, um período na história do universo em que as galáxias sofreram rajadas de formação estelar furiosa. Essa fusão também representa um sistema prestes a se tornar uma galáxia elíptica gigante. Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani, J. da Silva

Identificação complicada

“Não vemos muitos quasares duplos nesse período inicial do universo. E é por isso que esta descoberta é tão empolgante”, disse o pós-graduando Yu-Ching Chen, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, principal autor do estudo.

O observatório espacial Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA), detectou pela primeira vez o quasar duplo, capturando imagens que indicam dois faróis de luz estreitamente alinhados no universo jovem. Chen e sua equipe usaram o Telescópio Espacial Hubble, da Nasa/ESA, para verificar se os pontos de luz vinham de fato de um par de buracos negros supermassivos.

Seguiram-se observações de vários comprimentos de onda; usando a câmera de infravermelho próximo de segunda geração do Observatório Keck (NIRC2) emparelhada com seu sistema de óptica adaptativa, bem como o Gemini North, o observatório de raios X Chandra, da Nasa, e a rede Very Large Array de radiotelescópios no Novo México (EUA), os pesquisadores confirmaram que a dupla de quasares não eram duas imagens do mesmo quasar criadas por lentes gravitacionais.

“O processo de confirmação não foi fácil e precisávamos de uma série de telescópios cobrindo o espectro de raios X ao rádio para finalmente confirmar que esse sistema é de fato um par de quasares, em vez de, digamos, duas imagens de um quasar com lente gravitacional”, disse o coautor Yue Shen, astrônomo da Universidade de Illinois.

O Telescópio Espacial Hubble recentemente tirou essas imagens de dois pares diferentes de quasares duplos no universo distante. Dentro de cada par, os quasares estão separados por apenas 10 mil anos-luz. Eles acabarão espiralando juntos e criarão um único buraco negro supermassivo. Crédito: Nasa, ESA, Hsiang-Chih Hwang (JHU), Nadia Zakamska (JHU), Yue Shen (UIUC)

Galáxia elíptica gigante

Como os telescópios examinam o passado distante, esse quasar duplo não existe mais. Ao longo dos 10 bilhões de anos intermediários, suas galáxias hospedeiras provavelmente se estabeleceram em uma galáxia elíptica gigante, como as vistas no universo local hoje. E os quasares se fundiram para se tornar um gigantesco buraco negro supermassivo em seu centro.

A galáxia elíptica gigante próxima, M87, tem um monstruoso buraco negro pesando 6,5 bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Talvez esse buraco negro tenha crescido a partir de uma ou mais fusões de galáxias nos últimos bilhões de anos.

Há evidências crescentes de que grandes galáxias são construídas por meio de fusões. Sistemas menores se juntam para formar sistemas maiores e estruturas cada vez maiores. Durante esse processo, deve haver pares de buracos negros supermassivos formados dentro das galáxias em fusão.

Frequência de fusões

“Saber sobre a população progenitora de buracos negros acabará por nos dizer sobre o surgimento de buracos negros supermassivos no início do universo e quão frequentes essas fusões podem ser”, disse Chen.

“Estamos começando a desvendar essa ponta do iceberg da população de quasares binários iniciais”, disse a coautora Xin Liu, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. “Esta é a singularidade deste estudo. Na verdade, está nos dizendo que essa população existe, e agora temos um método para identificar quasares duplos separados por menos do que o tamanho de uma única galáxia.”