domingo, 26 de abril de 2015

Observada a fusão de um par de buracos negros supermassivos

Quando duas galáxias entram nos estágios finais de fusão, é previsto na teoria que seus buracos negros supermassivos podem formar um binário, ou seja, dois buracos negros em uma órbita tão próxima que são gravitacionalmente ligados um ao outro.

ilustração da fusão de dois buracos negros supermassivos

© NASA (ilustração da fusão de dois buracos negros supermassivos)

Em um novo estudo, astrônomos da Universidade de Maryland (EUA) apresentaram evidências diretas de um quasar pulsante, o que pode comprovar a existência desses buracos negros binários. 

“Estes buracos negros podem estar tão próximos que estão emitindo ondas gravitacionais, que foram previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein”, explica Suvi Gezari, também da Universidade de Maryland.

A descoberta pode elucidar a frequência com que os buracos negros se aproximam o suficiente para formar um binário gravitacionalmente ligado, e eventualmente se fundir. Os buracos negros tipicamente devoram matéria, que acelera e se aquece, emitindo energia eletromagnética e criando alguns dos pontos mais luminosos no céu, chamados quasares. Um quasar é composto por um buraco negro supermaciço e a sua região circundante, normalmente localizado no núcleo de uma galáxia. Quando um quasar está ativo, o gás da galáxia é capturado pelo campo gravitacional do buraco negro e forma um disco de acreção em torno dele. O gás nesse disco orbita o buraco negro a alta velocidade, onde o atrito e o intenso campo eletromagnético aquecem-no a temperaturas muito elevadas, provocando a emissão de radiação muito energética como raios gama e raios X. A variabilidade periódica do PSO J334.2028+01.4075 pode ser explicada pelo movimento orbital de dois buracos negros, no centro da galáxia hospedeira, situada a 10,4 bilhões de anos-luz ; o segundo buraco negro poderá ter entrado em órbita do buraco negro do quasar durante uma colisão galáctica. Um tal sistema emitiria uma enorme quantidade de energia sob a forma de ondas gravitacionais e seria um alvo de referência para experiências que tentam detectar diretamente estas ondas, cuja existência é prevista pela Teoria da Relatividade Geral. A sua existência oferece poucas dúvidas à comunidade científica pois foram detectadas indiretamente em sistemas binários formados por pulsares. Quando dois buracos negros orbitam como um binário, absorvem matéria ciclicamente, o que possibilita prever que o quasar binário responderia clareando e escurecendo periodicamente.

Os pesquisadores realizaram uma busca sistemática pelos chamados quasares variáveis usando o Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS1) Medium Deep Survey. Este telescópio fica baseado no Havaí, em Haleakala, e fotografa a mesma porção do céu uma vez a cada três dias, recolhendo centenas de dados para cada objeto ao longo de quatro anos. Nestes dados, a equipe de astrônomos encontrou o quasar PSO J334.2028+01.4075, que tem um grande buraco negro de quase 10 bilhões de massas solares e emite um sinal óptico periódico que se repete a cada 542 dias. O sinal do quasar era incomum porque as curvas de luz da maioria dos quasares são arrítmicos. Para verificar a sua descoberta, a equipe de pesquisa executou rigorosos cálculos e simulações e examinou dados adicionais, incluindo dados fotométricos de outros telescópios e sistemas de monitoramento.

simulação da fusão de dois buracos negros supermassivos

© S. Shapiro (simulação da fusão de dois buracos negros supermassivos)

Uma equipe de cientistas liderada por Stuart Shapiro, da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, apresentou pela primeira vez simulações da colisão de dois buracos negros supermaciços em 3 dimensões, usando as equações da Teoria da Relatividade Geral, para descrever a interação gravitacional dos corpos, e as equações da magnetohidrodinâmica que descrevem o plasma com elevadas temperaturas dos discos de acreção que envolvem os horizontes de eventos dos buracos negros. Os resultados das simulações foram publicados na revista Nature e apresentados na reunião da American Physical Society que ocorreu recentemente em Baltimore, Maryland (EUA).

“A descoberta de um candidato a sistema compacto binário de buracos negros supermassivos como o PSO J334.2028+01.4075, que parece a uma separação orbital tão pequena, acrescenta ao nosso conhecimento limitado das etapas finais da fusão entre os buracos negros supermassivos”, aponta a estudante de mestrado em astronomia da Universidade de Maryland, Tingting Liu, principal autora da pesquisa. Os pesquisadores planejam continuar procurarando novos quasares variáveis. A partir de 2023, sua pesquisa poderia ser auxiliada pelo telescópio Synoptic Large Telescope Survey. Espera-se que este aparelho possa fazer o levantamento de uma área muito maior, possibilitando identificar a localização de milhares destes buracos negros supermassivos que estão se fundindo no céu noturno.

O trabalho foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Maryland

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