Novo tipo de buraco negro recém-descoberto pode resolver um mistério de décadas

O mistério da formação e evolução dos buracos negros supermassivos, presentes na maioria (senão em todas) as galáxias espirais, como a nossa, pode estar prestes a ser solucionado. Um novo estudo revelador mostra que esses objetos de até bilhões de massas solares podem ter evoluído por meio da fusão com os buracos negros massivos de galáxias anãs.

• Sagittarius A*: tudo o que sabemos sobre "nosso" buraco negro — até agora
• O buraco negro no centro desta galáxia anã é muito maior do que deveria ser

Há algum tempo, os cientistas se perguntam: se os buracos negros supermassivos são tão antigos quanto os últimos estudos apontam, como eles se formaram tão rápido após o Big Bang? Embora saibamos que buracos negros de massa estelar se formam após a explosão de estrelas massivas em supernovas, o mesmo mecanismo não explica o surgimento dos supermassivos.

Alguns astrofísicos suspeitam que esses buracos negros colossais evoluíram por meio da colisão entre galáxias. A hipótese faz sentido, porque galáxias como a nossa cresceram após várias fusões com as chamadas galáxias anãs. Assim, no caso da Via Láctea, por exemplo, pode ser que essas galáxias pequenas trouxeram seus respectivos buracos negros massivos para se fundirem com o Sagittarius A*.

O problema dessa ideia é que ainda não sabemos se as galáxias anãs costumam ter buracos negros massivos em seus núcleos, então é difícil testar a hipótese. Para complicar ainda mais, buscas anteriores por buracos negros nas pequenas galáxias trouxeram resultados ambíguos, isto é, dúvidas sobre o que realmente os dados mostravam.

Essas pesquisas analisam o espectro de luz das galáxias anãs para saber que tipos de objetos estão iluminando-as. Três diferentes análises de diagnóstico foram usadas, com duas delas apontando para buracos negros massivos produzindo radiação no centro dessas galáxias, e um indicando que essa luz era proveniente de uma produção de estrelas em taxa acima do normal.

Assim, as galáxias anãs foram descartadas e a ambiguidade dos resultados foi ignorada. É por isso que levantamentos de buracos negros supermassivos em grandes áreas do universo abrangem galáxias grandes, ainda que as galáxias anãs sejam abundantes nessas mesmas regiões cósmicas.

Para tirar a dúvida, a equipe de cientistas liderada por Mugdha Polimera, astrônoma do Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Carolina do Norte, analisou dados de dois levantamentos de galáxias — RESOLVE e ECO. Eles foram produzidos por dois estudos anteriores da professora Sheila Kannappan, consultora e coautora do estudo.

A equipe suspeitou que os resultados ambíguos das galáxias anãs poderiam ser explicados por duas propriedades típicas — a composição química primordial dessas galáxias (principalmente hidrogênio e hélio) e sua alta taxa de formação de novas estrelas. Então, com simulações teóricas, eles confirmaram essa suspeita.

O estudo mostrou que a ambiguidade nos três testes é exatamente o que as simulações preveem para uma galáxia anã que apresenta composição química primordial, forma novas estrelas em alta taxa e possui um buraco negro massivo em crescimento em seu núcleo. Em outras palavras, o problema dos levantamentos anteriores não eram os dados, e sim a interpretação.

A etapa final do novo estudo foi buscar galáxias nas pesquisas que correspondiam exatamente aos critérios da pesquisa. Assim, eles descobriram que buracos negros massivos em crescimento são muito mais comuns em galáxias anãs do que se pensava anteriormente.

“Todos nós ficamos nervosos”, disse Polimera. “A primeira pergunta que me veio à mente foi: deixamos passar alguma maneira pela qual a formação de estrelas extremas por si só poderia explicar essas galáxias? A resposta foi um retumbante não”. A conclusão é que essas galáxias anãs possuem um buraco negro massivo.

Mais que isso, as galáxias anãs assumem agora um novo papel na investigação da origem de buracos negros supermassivos. Se galáxias espirais “engolirem” as anãs, levarão junto seus buracos negros massivos centrais. Assim, os buracos negros de ambas as galáxias se fundirão. O processo pode ocorrer várias vezes — a Via Láctea, por exemplo, já "engoliu" galáxias anãs no passado.

“Ainda estamos nos beliscando”, disse Kannappan. “Estamos empolgados em buscar um zilhão de ideias complementares. 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.”

O artigo da equipe foi publicado no Astrophysical Journal.

Fonte: Astrophysical Journal, EurekAlert