Parece que até os buracos negros não conseguem resistir à tentação de se inserirem sem aviso prévio em fotografias. Uma "fotobomba" cósmica encontrada como objeto de fundo em imagens da vizinha galáxia de Andrômeda revelou o que poderá ser o par de buracos negros supermassivos mais íntimos já vistos.
© NASA/Chandra (fonte de raios X J0045+41)
Os astrônomos fizeram esta notável descoberta usando dados de raios X obtidos pelo observatório Chandra da NASA e dados ópticos de telescópios terrestres, o Gemini-Norte no Havaí e o PTF (Palomar Transient Factory) no estado norte-americano da Califórnia.
Esta fonte incomum, chamada LGGS J004527.30+413254.3 (ou J0045+41), foi vista em imagens ópticas e em raios X da galáxia Andrômeda, também conhecida como M31. Até recentemente, os cientistas pensavam que J0045+41 era um objeto no interior da M31, uma grande galáxia espiral localizada relativamente perto a uma distância de aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz da Terra. No entanto, os novos dados revelaram que J0045+41 está na verdade a uma distância muito maior, a cerca de 2,6 bilhões de anos-luz da Terra.
Ainda mais intrigante do que a grande distância de J0045+41, é provável que contenha um par de buraco negros gigantes em órbita íntima um do outro. A massa total estimada para estes dois buracos negros supermassivos equivale a cerca de duzentos milhões de vezes a massa do nosso Sol.
Anteriormente, uma equipe diferente de astrônomos tinha visto variações periódicas na luz óptica de J0045+41 e, pensando que era um membro da M31, classificou o objeto como um par de estrelas que se orbitavam uma à outra a cada 80 dias.
A intensidade da fonte de raios X observada pelo Chandra revelou que esta classificação original estava incorreta. Ao invés, J0045+41 ou tinha que ser um sistema binário na M31 que continha uma estrela de nêutrons ou buraco negro que puxava material da companheira ou um sistema muito mais massivo e distante que continha pelo menos um buraco negro supermassivo em rápido crescimento.
No entanto, o espectro obtido pelo telescópio Gemini-Norte, levado a cabo por uma equipe da Universidade de Washington, mostrou que J0045+41 hospedava pelo menos um buraco negro supermassivo e permitiu com que os pesquisadores estimassem a distância. O espectro também forneceu possíveis evidências da presença de um segundo buraco negro em J0045+41 que se movia a uma velocidade diferente da do primeiro, conforme esperado caso os dois buracos negros estivessem a orbitar-se um ao outro.
A equipe então usou dados ópticos do PTF para procurar variações periódicas na luz de J0045+41. Encontraram vários períodos em J0045+41, incluindo os de cerca de 80 e 320 dias. A relação entre estes períodos corresponde ao previsto pelo trabalho teórico sobre a dinâmica de dois buracos negros que se orbitam um ao outro. Esta é a primeira vez que é encontrada uma evidência tão forte para um par de buracos negros gigantes em órbita um do outro.
Os pesquisadores estimam que os dois prováveis buracos negros se orbitem um ao outro com uma separação de apenas algumas centenas de vezes a distância entre a Terra e o Sol. Isto corresponde a menos de um centésimo de um ano-luz. Em comparação, a estrela mais próxima do Sol está a cerca de 4 anos-luz.
Tal sistema poderá ser formado como consequência da fusão, há bilhões de anos, de duas galáxias que continham um buraco negro supermassivo cada. À sua pequena separação atual, os dois buracos negros estão inevitavelmente cada vez mais próximos um do outro à medida que emitem ondas gravitacionais.
Ainda não é possível quantificar exatamente a massa de cada um destes buracos negros. Os pesquisadores pensam que este par irá colidir e fundir-se num único buraco negro em tão pouco tempo quanto 350 anos ou no máximo daqui a 360.000 anos.
Caso J0045+41 realmente contenha dois buracos negros em íntima órbita um do outro, estará emitindo ondas gravitacionais. No entanto, o sinal não será detectável nem com o LIGO nem com o Virgo. Estas instalações terrestres detectaram a fusão de buracos negros de massa estelar com não mais de 60 vezes a massa do Sol e, muito recentemente, uma fusão entre duas estrelas de nêutrons.
As fusões de buracos negros supermassivos ocorrem mais lentamente em comparação com as dos buracos negros de massa estelar. As mudanças muito mais lentas nas ondas gravitacionais de um sistema como J0045+41 podem, no máximo, serem detectadas por um tipo diferente de instalação de ondas gravitacionais chamado Pulse Timing Array.
O artigo que descreve este resultado foi aceito para publicação na revista The Astrophysical Journal.
Fonte: Gemini Observatory
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