Quando dois buracos negros espiralam um em direção ao outro e finalmente colidem, emitem ondulações no espaço e no tempo chamadas ondas gravitacionais.
© Caltech/R. Hurt (ilustração de buraco negro e disco circundante de gás)
Considerando que os buracos negros não emitem luz, não se espera que estes eventos tenham brilho, ou radiação eletromagnética. Mas alguns teóricos criaram maneiras pelas quais uma fusão de buracos negros pode explodir com luz. Agora, pela primeira vez, os astrônomos viram evidências de um destes cenários de produção de luz.
Com a ajuda do ZTF (Zwicky Transient Facility) do Caltech e localizado no Observatório Palomar perto de San Diego, EUA, os cientistas descobriram o que poderá ser um surto de luz de um par de buracos negros. A fusão dos buracos negros foi testemunhada pela primeira vez pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) e pelo detector europeu Virgo no dia 21 de maio de 2019, num evento chamado S190521g. À medida que os buracos negros se fundiam, agitando o espaço e o tempo, liberaram ondas gravitacionais.
Enquanto isto acontecia, o ZTF realizava o seu levantamento robótico do céu que captava todos os tipos de objetos que liberam luz, entram em erupção ou de outro modo variam no céu noturno. Uma liberação de luz que o levantamento captou, gerada por um buraco negro supermassivo ativo e distante, ou quasar, chamado J1249+3449, foi identificado na região do evento de ondas gravitacionais S190521g.
"Este buraco negro supermassivo era já ativo anos antes deste surto mais abrupto," diz Matthew Graham, professor de astronomia no Caltech e cientista do projeto ZTF. "O surto ocorreu na escala de tempo certa e no local certo, para coincidir com o evento de ondas gravitacionais. No nosso estudo, concluímos que o surto provavelmente foi o resultado de uma fusão de buracos negros, mas não podemos descartar completamente outras possibilidades."
Como é que dois buracos negros em fusão podem liberar luz? No cenário delineado por Graham e colegas, dois buracos negros parceiros estavam aninhados dentro de um disco ao redor de um buraco negro muito maior. No centro da maioria das galáxias, esconde-se um buraco negro supermassivo. É rodeado por um aglomerado de estrelas e remanescentes estelares, incluindo buracos negros.
Depois da fusão dos buracos negros, o novo buraco negro, agora maior, é lançado numa direção aleatória e varre o gás no disco. A reação do gás devido ao movimento brusco do buraco negro que cria o clarão brilhante, visível com telescópios.
Prevê-se que tal surto comece dias ou semanas após a liberação inicial de ondas gravitacionais produzidas durante a fusão. Neste caso, o ZTF não captou o evento imediatamente, mas quando os cientistas voltaram para examinar as imagens de arquivo do ZTF meses depois, encontraram um sinal que começou dias após o evento de ondas gravitacionais de maio de 2019. O ZTF observou o surto desaparecendo lentamente ao longo de um período de um mês.
Tentou-se obter uma visão mais detalhada da luz do buraco negro supermassivo, ou seja, um espectro da luz, mas quando foi observado, a liberação de luz já havia desaparecido. Um espectro teria fornecido mais apoio à ideia de que o surto tinha vindo da fusão de buracos negros dentro do disco do buraco negro supermassivo. No entanto, os pesquisadores dizem que foram capazes de descartar outras possíveis causas para o surto observado, incluindo uma supernova ou um evento de perturbação de marés, que ocorre quando um buraco negro essencialmente engloba uma estrela.
Além disso, a equipe afirma que não é provável que o surto de luz tenha ocorrido devido aos fenômenos habituais do buraco negro supermassivo, que regularmente se alimenta do disco circundante. Usando o CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey), liderado pelo Caltech, foram capazes de avaliar o comportamento do buraco negro ao longo dos últimos 15 anos e descobriram que a sua atividade era relativamente normal até maio de 2019, quando se intensificou repentinamente.
"Os buracos negros supermassivos como este têm erupções a toda a hora. Não são objetos silenciosos, mas o momento, tamanho e localização deste surto foi espetacular," diz Mansi Kasliwal, professor assistente de astronomia no Caltech. "A razão pela qual a busca por explosões como esta é tão importante é que ajuda bastante a responder as questões da astrofísica e da cosmologia. Se pudermos fazer isto novamente e detectar a luz das fusões de outros buracos negros, podemos definir melhor os locais de origem destes objetos e aprender mais sobre as suas origens."
O buraco negro recém-formado deverá provocar outro surto nos próximos anos. O processo de fusão deu ao objeto um impulso que deverá fazer com que este entre novamente no disco do buraco negro supermassivo, produzindo outra liberação de luz que o ZTF deverá conseguir observar.
O novo estudo foi publicado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: California Institute of Technology
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