Imagem de dois buracos negros supermassivos em fusão

Há mais de 150 anos que a galáxia OJ 287 e as suas variações de brilho, a cinco bilhões de anos-luz de distância, intrigam e fascinam os astrônomos, pois suspeitam que dois buracos negros supermassivos estejam se fundindo no núcleo.

© U. Heidelberg (galáxia OJ 287 e a fusão de dois buracos negros)

Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Dra. Efthalia Traianou, da Universidade de Heidelberg, conseguiu recentemente captar uma imagem do centro da galáxia com um grande nível de detalhe. A imagem revolucionária, captada com a ajuda de um radiotelescópio espacial, mostra um segmento até agora desconhecido e fortemente curvado do jato de plasma que gira para fora do centro da galáxia. A imagem fornece novas informações sobre as condições extremas que reinam em torno de buracos negros supermassivos.

O núcleo da galáxia OJ 287 pertence à classe dos blazares, que exibem alta atividade e luminosidade impressionante. As forças motoras por trás destes núcleos galácticos ativos são os buracos negros. Eles absorvem matéria dos seus arredores e podem lançá-la na forma de jatos de plasma gigantes compostos por radiação cósmica, calor, átomos pesados e campos magnéticos. 

A imagem, que penetra profundamente no centro da galáxia, revela uma estrutura fortemente curvada e semelhante a uma fita do jato; também aponta para novas informações sobre a composição e comportamento do jato de plasma. Algumas regiões excedem temperaturas de dez trilhões Kelvin, evidência de energia e movimento extremos nas proximidades de um buraco negro.

Foi observado também a formação, propagação e colisão de uma nova onda de choque ao longo do jato e sendo atribuída a uma energia de trilhões de elétrons-volt, a partir de uma medição incomum de raios gama realizada em 2017. A imagem rádio foi obtida com um interferômetro de rádio composto por um radiotelescópio em órbita da Terra, uma antena de dez metros de diâmetro da missão RadioAstron a bordo do satélite Spektr-R, e uma rede de 27 observatórios terrestres distribuídos pela Terra.

Desta forma, os pesquisadores conseguiram criar um telescópio espacial virtual com um diâmetro cinco vezes maior do que o diâmetro da Terra; a sua alta resolução deriva da distância entre os observatórios de rádio individuais. A imagem é baseada num método de medição que aproveita a natureza ondulatória da luz e as ondas sobrepostas associadas.

A imagem interferométrica reforça a hipótese de que, no interior da galáxia OJ 287, está localizado um sistema binário de buracos negros supermassivos. Fornece também informações importantes sobre o modo como os movimentos desses buracos negros influenciam a forma e a orientação dos jatos de plasma emitidos.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Heidelberg University

Detectado tipo raro de buraco negro devorando uma estrela

O telescópio espacial Hubble e o observatório de raios X Chandra uniram-se para identificar um novo possível exemplo de uma classe rara de buracos negros. Com o nome NGC 6099 HLX-1, esta fonte brilhante de raios X parece residir num aglomerado estelar compacto situado numa galáxia elíptica gigante.

© NASA (NGC 6098, NGC 6099 e HLX-1)

Imagem, obtida pelo telescópio espacial Hubble, de um par de galáxias: NGC 6099 (em baixo à esquerda) e NGC 6098 (em cima, para a direita do centro). A mancha roxa representa a emissão de raios X de um aglomerado estelar compacto. Os raios X são produzidos por um buraco negro de massa intermediária que está destruindo uma estrela.

Apenas alguns anos após o seu lançamento em 1990, o Hubble descobriu que as galáxias em todo o Universo podem abrigar buracos negros supermassivos nos seus centros, contendo milhões ou bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Além disso, as galáxias também contêm milhões de pequenos buracos negros com menos de 100 vezes a massa do Sol. Estes formam-se quando estrelas massivas chegam ao fim das suas vidas.

Muito mais elusivos são os buracos negros de massa intermediária, contendo algumas centenas a algumas centenas de milhares de vezes a massa do nosso Sol. Esta categoria de buracos negros, nem muito grandes nem muito pequenos, é muitas vezes invisível porque não devoram tanto gás e estrelas como os supermassivos, que emitem radiação poderosa.

Para serem encontrados, os buracos negros de massa intermediária precisam ser captados quando estiverem se alimentando. Quando ocasionalmente devoram uma infeliz estrela passageira, gerando um evento de perturbação de marés, emitem uma grande quantidade de radiação. O mais recente e provável buraco negro de massa intermediária, apanhado se alimentando, está localizado nos arredores da galáxia NGC 6099, a aproximadamente 40.000 anos-luz do centro da galáxia. A galáxia está localizada a cerca de 450 milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação de Hércules.

Os astrônomos viram pela primeira vez uma fonte incomum de raios X numa imagem captada pelo Chandra em 2009. Em seguida, acompanharam a sua evolução com o observatório espacial XMM-Newton da ESA. Fontes de raios X com luminosidade tão extrema são raras fora dos núcleos galácticos e podem servir como uma sonda fundamental para identificar buracos negros elusivos de massa intermediária. Representam um elo crucial que faltava na evolução dos buracos negros entre os de massa estelar e os supermassivos. 

A emissão de raios X proveniente de NGC 6099 HLX-1 tem uma temperatura de 3 milhões Kelvin, consistente com um evento de perturbação de marés. O Hubble encontrou evidências de um pequeno aglomerado de estrelas em torno do buraco negro. Esse aglomerado daria ao buraco negro muito que devorar, porque as estrelas estão tão próximas umas das outras que apenas alguns meses-luz de distância as separa (cerca de 800 bilhões de quilômetros). O suspeito buraco negro de massa intermediária atingiu o brilho máximo em 2012 e depois continuou diminuindo até 2023. As observações ópticas e de raios X durante esse período não se sobrepõem, o que complica a interpretação.

O buraco negro pode ter dilacerado uma estrela capturada, criando um disco de plasma que exibe variabilidade, ou pode ter formado um disco que cintila à medida que o gás cai em direção ao buraco negro. Se o buraco negro de massa intermediária está devorando uma estrela, quanto tempo leva para engolir o seu gás?

Em 2009, HLX-1 era razoavelmente brilhante. Em 2012, ficou cerca de 100 vezes mais brilhante. E depois diminuiu novamente. Portanto, agora é necessário esperar para ver se está brilhando várias vezes, ou se houve um início, um pico e se vai diminuir até desaparecer.

Presume-se que exista um buraco negro supermassivo no núcleo da galáxia, que atualmente está inativo e não está devorando nenhuma estrela. A equipe enfatiza que fazer um levantamento dos buracos negros de massa intermediária pode revelar como os maiores buracos negros supermassivos se formam.

Existem duas teorias alternativas. Uma é que os buracos negros de massa intermediária são as sementes da formação de buracos negros ainda maiores, ao se fundirem, já que as grandes galáxias crescem ao absorver galáxias menores. O buraco negro no centro de uma galáxia também cresce durante essas fusões. As observações do Hubble revelaram uma relação proporcional: quanto mais massiva a galáxia, maior o buraco negro.

O quadro emergente com esta nova descoberta é que as galáxias podem ter "buracos negros de massa intermediária satélites" que orbitam no halo de uma galáxia, mas nem sempre caem para o centro. Outra teoria é que as nuvens de gás no meio dos halos de matéria escura no início do Universo não formam estrelas primeiro, mas simplesmente colapsam diretamente num buraco negro supermassivo.

A descoberta do telescópio espacial James Webb da NASA, de buracos negros muito distantes que são desproporcionalmente mais massivos em relação à sua galáxia hospedeira, tende a apoiar esta ideia. No entanto, pode haver um viés observacional referente à detecção de buracos negros extremamente massivos no Universo distante, porque os de tamanho menor são demasiado fracos para serem vistos. Na realidade, pode haver mais variedade na forma como o nosso Universo dinâmico constrói buracos negros.

Os buracos negros supermassivos que colapsam dentro de halos de matéria escura podem simplesmente crescer de uma forma diferente daqueles que vivem em galáxias anãs, onde a acreção dos buracos negros pode ser o mecanismo preferido de crescimento.

O desafio é que o Chandra e o XMM-Newton observam apenas uma pequena fração do céu, por isso não encontram frequentemente novos eventos de perturbação de marés nos quais os buracos negros consomem estrelas. O Observatório Vera C. Rubin, no Chile, um telescópio de observação de todo o céu, pode detectar esses eventos no visível a centenas de milhões de anos-luz de distância. Observações de acompanhamento com o Hubble e com o Webb podem revelar o aglomerado de estrelas em torno do buraco negro.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

A evolução da vida pode ter tido as suas origens no espaço sideral

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), uma equipe de astrônomos liderada por Abubakar Fadul, do Instituto Max Planck de Astronomia, descobriu moléculas orgânicas complexas no disco protoplanetário de uma protoestrela.

© ESO (disco de formação planetária em torno da estrela V883 Orionis)

Esta descoberta inclui a primeira detecção preliminar de etilenoglicol e glicolonitrilo, no disco protoplanetário da protoestrela V883 Orionis. Estas substâncias são consideradas precursoras dos blocos de construção da vida.

A comparação de diferentes ambientes cósmicos revela que a abundância e a complexidade de moléculas deste gênero aumentam desde regiões de formação estelar até aos sistemas planetários totalmente evoluídos. Isto sugere que as sementes da vida são "montadas" no espaço e que estão bem espalhadas.

Os astrônomos já haviam descoberto moléculas orgânicas complexas em vários locais associados à formação de planetas e estrelas. As moléculas orgânicas complexas têm mais de cinco átomos, dos quais pelo menos um é carbono. Muitas delas são consideradas blocos de construção da vida, como aminoácidos e ácidos nucleicos ou os seus precursores.

A descoberta de 17 moléculas orgânicas complexas no disco protoplanetário de V883 Orionis, incluindo etilenoglicol e glicolonitrilo, fornece uma peça do quebra-cabeças há muito procurada na evolução destas moléculas entre os estágios que precedem e seguem a formação de estrelas e dos seus discos de formação planetária. O gliconitrilo é um precursor dos aminoácidos glicina e alanina, bem como da base nucleica adenina.

A transição de uma protoestrela fria para uma estrela jovem rodeada por um disco de poeira e gás é acompanhada por uma fase violenta de gás em choque, radiação intensa e ejeção rápida de gás. Tais processos energéticos podem destruir a maior parte da química complexa "montada" durante as fases anteriores. Por isso, os cientistas elaboraram um cenário chamado de "reinicialização", no qual a maioria dos compostos químicos necessários para a evolução da vida teria de ser reproduzida em discos circunestelares durante a formação de cometas, asteroides e planetas.

Os resultados sugerem que os discos protoplanetários herdam moléculas complexas de fases anteriores e que a formação de moléculas complexas pode continuar durante a fase do disco protoplanetário. O período entre a fase protoestelar energética e o estabelecimento de um disco protoplanetário seria, por si só, demasiado curto para que as moléculas orgânicas complexas se formassem em quantidades detectáveis. Como resultado, as condições que predefinem os processos biológicos podem ser generalizadas, em vez de restritas a sistemas planetários individuais.

Os astrônomos encontraram as moléculas orgânicas mais simples, como o metanol, em regiões densas de poeira e gás que antecedem a formação das estrelas. Em condições favoráveis, elas podem até conter compostos complexos que incluem o etilenoglicol, uma das espécies agora descobertas em V883 Orionis. Foi descoberto que o etilenoglicol pode ser formado pela irradiação UV da etanolamina, uma molécula que foi recentemente descoberta no espaço. Esta descoberta apoia a ideia de que o etilenoglicol pode ser formado nesses ambientes, mas também em estágios posteriores da evolução molecular, onde a irradiação UV é dominante. 

Agentes mais evoluídos cruciais para a biologia, como aminoácidos, açúcares e bases nucleicas que compõem o DNA e o RNA, estão presentes em asteroides, meteoritos e cometas dentro do Sistema Solar. As reações químicas que sintetizam essas moléculas orgânicas complexas ocorrem em condições frias, de preferência em grãos de poeira gelados que mais tarde coagulam para formar objetos maiores. Escondidos nessas misturas de rocha, poeira e gelo, elas geralmente permanecem indetectáveis.

O acesso a essas moléculas só é possível através da perfuração com sondas espaciais ou aquecimento externo, que evapora o gelo. No Sistema Solar, o Sol aquece os cometas, resultando em caudas impressionantes de gás e poeira, ou cabeleiras, essencialmente invólucros gasosos que rodeiam os núcleos cometários. Dessa forma, a espetroscopia, a dissecação da luz semelhante a um arco-íris, pode captar as emissões das moléculas liberadas. Essas impressões digitais espectrais ajudam a identificar as moléculas anteriormente enterradas no gelo.

Um processo de aquecimento semelhante está ocorrerendo no sistema V883 Orionis. A estrela central ainda está crescendo, acumulando gás do disco circundante até que, eventualmente, acenda a fusão nuclear no seu núcleo. Durante esses períodos de crescimento, o gás que cai aquece e produz intensas explosões de radiação. Moléculas complexas, incluindo etilenoglicol e glicolonitrilo, irradiam em frequências de rádio. O ALMA é perfeitamente adequado para detectar esses sinais. 

Os astrônomos do Instituto Max Planck de Astronomia obtiveram acesso a este interferômetro de rádio através do ESO, que o opera no deserto chileno de Atacama, a uma altitude de 5.000 metros. O ALMA permitiu aos astrônomos localizar o sistema V883 Orionis e procurar sinais espectrais fracos, o que acabou por levar às detecções.

Foram publicados artigos sobre a descoberta nos periódicos The Astronomical Journal e The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Max Planck Institute for Astronomy