Graças a um conjunto de telescópios, incluindo o observatório de raios X Chandra da NASA, os astrônomos descobriram um tipo de buraco negro supermassivo mascarado como outro.
© Hubble/Chandra/Spitzer (buracos negros numa área do céu)
A verdadeira identidade destes buracos negros ajuda a resolver um mistério de longa data na astrofísica.
Os buracos negros mal identificados são de um levantamento conhecido como CDF-S (Chandra Deep Field-South), a imagem de raios X mais profunda jamais obtida.
Os buracos negros supermassivos crescem puxando material circundante, que é aquecido e que produz radiação numa ampla gama de comprimentos de onda, incluindo raios X. Muitos astrônomos pensam que este crescimento inclui uma fase, ocorrida há bilhões de anos, em que um denso casulo de poeira e gás cobre a maioria dos buracos negros. Estes casulos de material são a fonte de combustível que permite com que o buraco negro cresça e gere radiação.
Com base no conhecimento atual, deviam existir muitos buracos negros imersos nestes casulos (referidos como buracos negros "altamente obscurecidos"). No entanto, este tipo de buraco negro em crescimento é notoriamente difícil de encontrar, e até agora o número observado ficou aquém das previsões, mesmo nas imagens mais profundas, como a do levantamento CDF-S.
O último estudo combinou mais de 80 dias de tempo de observação com o Chandra no CDF-S com grandes quantidades de dados em diferentes comprimentos de onda de outros observatórios, incluindo o telescópio espacial Hubble e o telescópio espacial Spitzer. A equipe analisou buracos negros localizados a 5 bilhões de anos-luz ou mais da Terra. A estas distâncias, os cientistas já haviam encontrado 67 buracos negros altamente obscurecidos no CDF-S com dados de raios X e no infravermelho. Neste estudo mais recente, os autores identificaram outros 28.
Estes 28 buracos negros supermassivos foram anteriormente classificados de maneira diferente, como buracos negros de crescimento lento, com casulos de baixa densidade ou inexistentes, ou como galáxias distantes.
Os astrônomos compararam os seus dados com as expectativas de um buraco negro em típico crescimento. Usando dados de todos os comprimentos de onda, exceto raios X, previram a quantidade de raios X que deviam estar detetando em cada buraco negro. Os pesquisadores descobriram um nível muito menor de raios X do que o esperado em 28 fontes, o que implica que o casulo ao seu redor é cerca de dez vezes mais denso do que os cientistas estimaram previamente para estes objetos.
Levando em consideração a densidade mais alta do casulo, a equipe mostrou que os buracos negros mal identificados estão produzindo mais raios X do que se pensava anteriormente, mas o casulo mais denso impede que a maioria destes raios X escapem e alcancem o telescópio Chandra. Isto implica que estão crescendo mais depressa.
Grupos anteriores não aplicaram a técnica de análise adotada agora, nem utilizaram todo o conjunto de dados disponíveis para o CDF-S, fornecendo-lhes poucas informações sobre a densidade dos casulos.
Estes casulos são importantes para modelos teóricos que estimam o número de buracos negros no Universo e suas taxas de crescimento, incluindo aqueles com diferentes quantidades de obscurecimento. Os cientistas projetam estes modelos para explicar um brilho uniforme de raios X pelo céu, chamado "fundo de raios X", descoberto pela primeira vez na década de 1960. Os buracos negros individuais e em crescimento, observados em imagens como a do levantamento CDF-S, são responsáveis pela maior parte do fundo de raios X.
O fundo de raios X atualmente não resolvido em fontes individuais é dominado por raios X com energias acima do limiar que o Chandra consegue detectar. Os buracos negros altamente obscurecidos são uma explicação natural para este componente não resolvido porque os raios X menos energéticos são mais absorvidos pelo casulo do que os raios X mais energéticos e, portanto, são menos detectáveis. Os buracos negros altamente obscurecidos adicionais aqui relatados ajudam a reconciliar as diferenças passadas entre os modelos teóricos e as observações.
Além de ajudar a explicar o fundo de raios X, estes resultados são importantes para compreender a evolução dos buracos negros supermassivos e das suas galáxias hospedeiras. As massas das galáxias e dos seus buracos negros supermassivos estão relacionadas, o que significa que quanto mais massiva a galáxia, mais massivo o buraco negro.
O artigo que descreve os resultados deste estudo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.
Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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