Objeto exótico na galáxia anã Markarian 177

Uma equipe internacional de pesquisadores, analisando décadas de observações feitas com muitas instalações, incluindo o satélite Swift da NASA, descobriram uma fonte incomum de luz numa galáxia localizada a cerca de 90 milhões de anos-luz de distância da Terra.

© Sloan Digital Sky Survey (Markarian 177 e SDSS1133)

A imagem acima mostra a galáxia anã Markarian 177 (centro) e a fonte incomum SDSS1133 (azul).

As propriedades curiosas do objeto fazem com que ele se ajuste bem a um buraco negro supermassivo ejetado de sua galáxia hospedeira depois da fusão com outro buraco negro gigante. Mas os astrônomos não podem ainda descartar uma possibilidade alternativa. A fonte, chamada de SDSS1133, pode ser a parte remanescente de uma estrela massiva que entrou em erupção por um período de tempo antes de se destruir completamente numa explosão de supernova.

“Com os dados que nós temos em mãos, nós não podemos distinguir entre esses dois cenários”, disse o pesquisador líder Michaeil Koss, um astrônomo no ETH Zurich, o Swiss Federal Institute of Technology. “Uma descoberta incrível feita com o Swift da NASA é que o brilho da SDSS1133 tem mudado pouco na luz óptica e na luz ultravioleta por uma década, o que não é algo típico de se ver numa remanescente de supernova jovem”.

Neste estudo realizado por Koss e seus colegas foi relatado que a fonte tinha brilhado de forma significante na luz visível durante os últimos seis meses, uma tendência que, se mantida, poderá reforçar a interpretação do buraco negro. Para analisar o objeto em maiores detalhes, a equipe está planejando fazer observações no ultravioleta com o instrumento Cosmic Origins Spectrograph a bordo do telescópio espacial Hubble, em Outubro de 2015.

O que quer que a SDSS1133 seja, ela é uma fonte persistente. A equipe foi capaz de detectá-la em pesquisas que datam mais de 60 anos.

O misterioso objeto é parte da galáxia anã Markarian 177, localizada na concha do asterismo de Big Dipper, um padrão de estrelas bem conhecido da constelação de Ursa Major. Embora buracos negros supermassivos normalmente ocupem os centros galácticos, a SDSS1133 está localizada a no mínimo 2.600 anos-luz do centro de sua galáxia hospedeira.

Em Junho de 2013, os pesquisadores obtiveram imagens de alta resolução no infravermelho próximo, do objeto, usando o telescópio de 10 metros Keck II no Observatório W.M. Keck no Havaí. Essas imagens revelaram que a região de emissão da SDSS1133 tem menos de 40 anos-luz de diâmetro e que o centro da Markarian 177 mostra evidências de formação estelar intensa e outros aspectos indicando uma perturbação recente.

© L. Blecha/W. M. Keck Observatory/M. Koss (simulação e Keck II)

A imagem acima mostra uma simulação de duas galáxias em colisão (à esquerda), contendo buracos negros supermassivos coalescentes, resultando no buraco negro maior (ponto, inferior esquerdo) lançado em uma órbita alongada. O quadro (à direita) captado no infravermelho próximo pelo Keck II mostra a galáxia anã Markarian 177 e a fonte SDSS1133 (canto inferior esquerdo).

“Nós suspeitamos que estejamos vendo a consequência de uma fusão de duas galáxias pequenas e de seus buracos negros”, disse a co-autora Laura Blecha, uma Einstein Fellow do Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland e teórica líder na simulação de recuos, ou “chutes”, em buracos negros em fusão. “Astrônomos pesquisando por buracos negros em recuo têm sido incapazes de confirmar uma detecção, consequentemente encontrar uma dessas fontes seria  uma grande descoberta”.

A colisão e a fusão de duas galáxias, corrompe suas formas e resulta em novos episódios de formação de estrelas. Se cada galáxia possui um buraco negro supermassivo central, eles formarão um par binário unido no centro da galáxia fundida, antes de finalmente se aglutinarem.

Buracos negros em fusão lançam uma grande quantidade de energia na forma de radiação gravitacional, uma consequência da teoria da gravidade de Einstein. Ondas na fábrica do espaço-tempo, criam oscilações em todas as direções a partir das massas em aceleração. Se ambos buracos negros, possuem a mesma massa e rotação, a fusão emite ondas gravitacionais uniformemente em todas as direções. Mais provavelmente, as massas dos buracos negros, e as rotações serão diferentes, levando a uma emissão não uniforme de ondas gravitacionais que lança o buraco negro para a direção oposta.

O “chute” pode ser forte o suficiente para fazer com que o buraco negro seja totalmente expulso de sua galáxia hospedeira, colocando-o numa deriva eterna através do espaço intergaláctico. Mais tipicamente, um “chute” enviará o objeto em uma órbita alongada. Apesar da sua recolocação, o buraco negro ejetado irá reter qualquer gás quente armadilhado ao seu redor e continuará brilhando à medida que se move ao longo de sua nova trajetória até que todo o gás seja consumido.

Se a SDSS1133 não é um buraco negro, então ela pode ser um tipo bem incomum de estrela, conhecido como Luminous Blue Variable (LBV). Essas estrelas massivas passam por erupções episódicas que enviam grande quantidade de massa no espaço muito tempo depois de explodirem. Interpretada dessa maneira, a fonte SDSS1133 representaria as erupções de mais longo período de uma LBV já observada, seguindo por uma explosão terminal de supernova, cuja a luz atingiu a Terra em 2001.

A comparação mais próxima na nossa galáxia, é o sistema binário massivo Eta Carinae, que inclui uma estrela variável azul contendo cerca de 90 vezes a massa do Sol. Entre 1838 e 1845, o sistema passou por uma explosão que ejetou no mínimo 10 massas solares e fez com que ela se tornasse a segunda estrela mais brilhante do céu. Ela então passou por uma erupção menor nos anos de 1890.

Nesse cenário alternativo, a SDSS1133 deve ter estado em erupção contínua de no mínimo 1950 a 2001, quando ela atingiu o pico de brilho e se transformou em supernova. A resolução espacial e a sensibilidade dos telescópios antes de 1950 eram insuficientes para detectar a fonte. Mas se ela foi uma erupção de LBV, o registro atual mostra que ela é a maior e mais persistente erupção já observada. Uma interação entre o gás ejetado e a onda da explosão poderia explicar o brilho constante do objeto na luz ultravioleta.

Se essa fonte SDSS1133 é um buraco negro supermassivo expulso de sua galáxia, ou uma rara estrela no seu ato final, ela é certamente algo que os astrônomos nunca viram antes.

O estudo foi publicado na edição de 21 de Novembro de 2014 do periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Goddard Space Flight Center