Em setembro de 2022, os astrônomos notaram uma característica intrigante numa imagem de uma galáxia situada a cerca de 7,5 bilhões de anos-luz da Terra.
© STScI (buraco negro supermassivo formando um longo rastro de estrelas)
Uma linha fina que se estendia por mais de 202.000 anos-luz apontava diretamente para longe do centro da galáxia. A sua extremidade dianteira era um ponto não resolvido, sem estrelas detectáveis, que se afastava a uma velocidade de quase 1.000 km/s.
Os cientistas que a avistaram interpretaram a característica como um buraco negro supermassivo atravessando o espaço intergaláctico, desencadeando a formação de estrelas no seu rasto. Agora, pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Barbara e da Universidade do Texas em Austin relatam o violento evento que poderá ter lançado este gigante para fora da sua galáxia hospedeira.
As descobertas constituem o primeiro relato de uma classe de fusões de buracos negros prevista pela relatividade geral e vão ajudar os cientistas a prepararem-se para a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais. A fusão de buracos negros produz fortes ondas gravitacionais à medida que os objetos massivos distorcem o espaço-tempo e espiralam um em direção ao outro. Se o sistema estiver desequilibrado, estas ondas podem gerar um impulso suficiente para lançar o buraco negro recém-formado e de maiores dimensões numa trajetória totalmente diferente.
Os autores de uma pesquisa anterior tinham batizado o buraco negro que observaram de RBH-1. E, depois de analisarem a situação, propuseram que este estava se dirigindo para o espaço intergaláctico. Simularam centenas de milhares de pares hipotéticos de buracos negros, calcularam o recuo que cada um teria produzido e mantiveram apenas aqueles que correspondiam à velocidade de RBH-1. As simulações revelaram que os buracos negros originais teriam tamanhos semelhantes, sendo que um tinha, no máximo, seis vezes a massa do outro. Dito isto, mesmo o recuo resultante de uma grande fusão teria atingido um máximo de cerca de 200 km/s, muito aquém dos vertiginosos 1.000 km/s que os astrônomos tinham observado.
Os pesquisadores calcularam que o mais massivo dos dois devia estar girando de 70 a 75% do máximo permitido pela relatividade geral, com a sua rotação inclinada e com um efeito de precessão semelhante a um pião oscilando.
Os buracos negros enormes parecem ter-se formado numa fase relativamente precoce da história do cosmos. Mas quando os progenitores de RBH-1 se encontraram, há mais de 7,5 bilhões de anos, os buracos negros supermassivos vizinhos já se teriam consolidado, deixando um único gigante no centro de cada galáxia. Assim, este par não se teria encontrado a menos que as próprias galáxias onde se encontravam tivessem colidido. E com base nas rotações dos buracos negros iniciais, a rotação destas galáxias provavelmente também estava desalinhada.
Foi calculado ainda a relação de massas, descobrindo que a galáxia maior era, no máximo, quatro vezes maior do que a menor. A galáxia resultante, designada GX, ainda apresenta alguns sinais da sua perturbação anterior. Quando os dois buracos negros se fundiram, GX já se tinha reagrupado num todo relativamente coeso ao longo de 70 milhões de anos.
Os resultados irão agora orientar trabalhos futuros na interface entre a astrofísica das ondas gravitacionais e as fusões de galáxias. A relatividade geral prevê que 5 a 10% destas fusões deveriam dar ao buraco negro resultante um grande impulso, mas esta é a primeira vez que os cientistas observam um objeto que se enquadra nessa descrição. Os astrônomos só reconheceram RBH-1 como um destes buracos negros fugitivos porque deram seguimento à observação inicial do Hubble, em 2022, com o novo telescópio espacial James Webb, em 2025.
Os buracos negros podem ter muitos tamanhos diferentes, mas dividem-se principalmente em dois grupos principais: os buracos negros supermassivos têm uma massa milhões a bilhões de vezes superior à do Sol, e normalmente existe apenas um por galáxia. Por outro lado, os buracos negros de massa estelar, muito mais numerosos, têm apenas 20 a 30 vezes a massa do Sol.
Os observatórios de ondas gravitacionais, como o LIGO e o Virgo, conseguem captar os sinais que os buracos negros menores produzem quando se fundem. Mas quando os buracos negros supermassivos se fundem, emitem numa frequência muito mais baixa. Estão em curso esforços para construir um observatório de ondas gravitacionais em órbita, denominado LISA, que será suficientemente grande para captar estes canais de baixa frequência. A observação de mais destes objetos em movimento rápido, resultantes de fusões de buracos negros supermassivos, proporcionará aos cientistas uma melhor compreensão destes fenômenos.
Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: University of California