Hubble encontra sinais de colisão de buracos negros supermassivos em MCG-03-34-64

Colisões de galáxias são eventos fundamentais no Universo. Elas acontecem quando dois sistemas se aproximam e passam a misturar as suas estrelas numa verdadeira dança cósmica.

Além disso, esses encontros podem provocar fusões espetaculares de buracos negros supermassivos. O desfecho costuma ser uma galáxia profundamente transformada e um único buraco negro ultra-massivo.

Processos desse tipo têm enorme peso na evolução das galáxias: é assim que estruturas menores se unem e dão origem a outras cada vez maiores. Fusões como essas ocorrem desde as épocas mais remotas do tempo cósmico.

Mesmo hoje, as fusões continuam. A Via Láctea segue “engolindo” galáxias menores e, dentro de alguns milhares de milhões de anos, deve colidir com a Galáxia de Andrômeda. Se isso acontecer, é possível que os buracos negros supermassivos no centro de ambas também acabem por se fundir.

Não acompanhamos esse processo do começo ao fim porque ele leva milhões de anos para se completar. Ainda assim, isso não impede os astrónomos de procurar - e encontrar - sinais de colisões entre galáxias e entre buracos negros supermassivos.

A descoberta mais recente recorreu ao Telescópio Espacial Hubble (HST) para identificar três “pontos quentes” muito brilhantes em luz visível, escondidos no interior de um par de galáxias em colisão. Esses alvos estão relativamente perto de nós - a cerca de 800 milhões de anos-luz.

Depois, a equipa complementou a análise com observações do observatório de raios X Chandra e com dados em rádio do Karl G. Jansky Very Large Array.

Em geral, galáxias com núcleos intensamente luminosos - os chamados núcleos galácticos ativos (AGN, na sigla em inglês) - são observadas a distâncias muito maiores e, portanto, em fases mais antigas do Universo. Por isso, ter a oportunidade de estudar, no Universo “moderno” e próximo, uma galáxia em colisão e um par de buracos negros supermassivos a caminho de se encontrar é um cenário particularmente valioso para entender a mecânica desses eventos.

Identificando colisões incipientes de buracos negros supermassivos

O indício de uma futura colisão cósmica surgiu quando a Advanced Camera for Surveys do HST registou três espigões de difração ópticos no centro de uma galáxia em colisão chamada MCG-03-34-64.

Dois desses pontos quentes parecem estar extremamente próximos entre si - separados por apenas cerca de 300 anos-luz. Eles assinalam a presença de gás de oxigénio no núcleo, que está a ser ionizado por algo muito energético, e a equipa não esperava encontrar esse padrão. (O terceiro ponto quente ainda não é bem compreendido.)

“Não estávamos à espera de ver algo assim”, disse Anna Trindade Falcão, do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, em Cambridge, Massachusetts. “Esta imagem não é uma ocorrência comum no Universo próximo e indicou que há algo mais a acontecer dentro da galáxia.”

Para entender o que poderia estar a produzir aqueles pontos tão brilhantes, Falcão e os seus colegas voltaram-se para o Chandra, observando a região em raios X.

“Quando observámos a MCG-03-34-64 na banda de raios X, vimos duas fontes separadas e muito potentes de emissão de alta energia, coincidentes com os pontos brilhantes de luz óptica vistos com o Hubble. Juntámos essas peças e concluímos que provavelmente estávamos a ver dois buracos negros supermassivos muito próximos”, afirmou Falcão.

A equipa também localizou registos desses objetos em dados de arquivo de radiotelescópios. As emissões intensas em rádio reforçaram que o par de buracos negros existe e que ambos estão a aproximar-se.

“Quando se vê brilho em comprimentos de onda ópticos, em raios X e em rádio, muitas possibilidades podem ser descartadas, restando a conclusão de que isso só pode ser explicado como buracos negros próximos”, observou Falcão. “Quando se juntam todas as peças, obtém-se a imagem do duo de AGN.”

A colisão que se aproxima

Esses buracos negros supermassivos centrais devem colidir em talvez cem milhões de anos.

Cada um deles fica no centro de uma das galáxias envolvidas. À medida que as galáxias se aproximam cada vez mais, os buracos negros nos seus núcleos começam a interagir. No fim, espera-se que se fundam num evento extremamente energético, libertando ondas gravitacionais durante o processo.

Astrónomos sugerem - com base em simulações e em observações - que fusões de galáxias que abrigam buracos negros supermassivos disparam intensa atividade. Conforme a colisão avança, o gás interestelar flui em direção aos centros galácticos.

Esse gás também é comprimido noutras regiões, e as duas dinâmicas tendem a desencadear surtos de formação estelar. Parte do material ainda é acrescido pelos buracos negros supermassivos centrais, elevando as emissões à medida que a matéria espirala através do disco de acreção.

No Universo, essas fusões acontecem continuamente. Modelos de evolução galáctica, em conjunto com evidências observacionais, indicam que muitos AGNs nos centros das galáxias passam por fusões. E a presença de pares de buracos negros supermassivos em colisão dentro desses AGNs também sugere que esses buracos negros crescem por meio de fusões.

Colisões de buracos negros supermassivos e deteções futuras

Compreender a fusão de AGNs muito próximos, como os observados na MCG-03-34-64, abre uma janela única para as etapas finais do que os astrónomos chamam de coalescência de um binário de buracos negros supermassivos (SMBH).

Esses episódios são - e continuarão a ser - uma forma importante de medir os efeitos das fusões. Eles devem oferecer um campo fértil de investigação, usando observatórios sensíveis à luz em todo o espectro, além de futuros detetores de ondas gravitacionais.

Para capturar esses sinais, serão necessárias versões avançadas do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), que realizou as suas primeiras deteções há apenas alguns anos. As ondas gravitacionais produzidas por fusões de buracos negros supermassivos estão no horizonte de instrumentos futuros como a LISA (sigla de Laser Interferometer Space Antenna).

A missão prevê três detetores no espaço, separados por milhões de quilómetros, para registar ondas gravitacionais de grande comprimento de onda emitidas quando gigantes como os da MCG-03-34-64 finalmente colidirem.

Como essas fusões acontecem por todo o Universo, trata-se de uma área de estudo com grande potencial para ampliar o nosso entendimento das fusões de galáxias como parte da evolução cósmica.

Este artigo foi publicado originalmente pelo site Universo Hoje. Leia o artigo original.