Identificar buracos negros supermassivos pouco antes de sua fusão permitiria avanços notáveis em astrofísica. Para alcançar esse objetivo, uma nova abordagem inovadora combina o estudo do fundo de ondas gravitacionais, essas vibrações ínfimas do espaço-tempo, com a observação de quasares.
Os quasares são núcleos galácticos extremamente luminosos, alimentados por buracos negros supermassivos em plena atividade. Quando dois desses gigantes se aproximam para se fundir, emitem ondas gravitacionais, criando um sinal característico que os cientistas estão aprendendo a decifrar.
Buracos negros supermassivos no centro de galáxias em fusão se aproximam progressivamente até sua colisão, liberando uma energia colossal.
Crédito: NASA's Goddard Space Flight Center/Scott Noble ; dados de simulação, d'Ascoli et al. 2018 Ao examinar cento e catorze núcleos galácticos ativos, os cientistas identificaram dois sistemas binários particularmente promissores. Batizados de Gondor e Rohan, em referência ao Senhor dos Anéis, esses buracos negros supermassivos oferecem um exemplo concreto da técnica.
A presença dessas ondas gravitacionais ao redor de um quasar sinaliza, assim, a provável existência de um par de buracos negros em vias de fusão. Essa descoberta permite considerar a criação de um mapa cósmico que catalogasse esses eventos titânicos. Os pesquisadores estimam que mesmo um pequeno catálogo de fusões poderia melhorar muito nossa compreensão desses fenômenos.
Os trabalhos, conduzidos pelo projeto NANOGrav, abrem o caminho para uma detecção sistemática de binários de buracos negros supermassivos. Esse avanço também ajuda a compreender melhor a física das galáxias em fusão e a natureza fundamental das ondas gravitacionais. A equipe publicou seus resultados na
The Astrophysical Journal Letters.
As ondas gravitacionais
As ondas gravitacionais são perturbações do espaço-tempo, previstas por Albert Einstein há mais de um século. Elas se propagam à velocidade da luz e são geradas por eventos violentos, como a fusão de buracos negros ou de estrelas de nêutrons. Sua detecção direta, realizada pela primeira vez em 2015, abriu uma nova janela para o Universo.
Essas ondas são extremamente tênues: ao atravessar a Terra, elas modificam as distâncias de maneira ínfima, da ordem de um bilionésimo de bilionésimo de metro. Para captá-las, os cientistas usam instrumentos muito sensíveis, como os interferômetros LIGO e Virgo. Esses detectores medem as ínfimas variações de comprimento entre braços perpendiculares, causadas pela passagem de uma onda gravitacional.
O fundo de ondas gravitacionais é um zumbido constante produzido pela superposição de muitas fontes distantes. É particularmente útil para estudar buracos negros supermassivos binários, cujas fusões são muito lentas para serem detectadas individualmente em períodos curtos. Ao analisar esse fundo, os astrônomos podem obter informações estatísticas sobre a população desses objetos no Universo.
Essa abordagem complementa a observação tradicional pela luz, permitindo explorar fenômenos invisíveis de outra forma. Ela já confirmou aspectos-chave da relatividade geral e promete muitas descobertas sobre a formação e evolução das estruturas cósmicas.
Os quasares e os buracos negros supermassivos
Os quasares são os núcleos extremamente brilhantes de galáxias distantes, frequentemente chamados de núcleos galácticos ativos. Sua luminosidade prodigiosa provém da acreção de matéria ao redor de um buraco negro supermassivo central. Quando o gás e a poeira caem em direção ao buraco negro, eles formam um disco quente que irradia intensamente antes de desaparecer atrás do horizonte de eventos.
Esses buracos negros supermassivos pesam geralmente entre milhões e bilhões de vezes a massa do Sol. Eles residem no centro da maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa, a Via Láctea. Sua atividade influencia profundamente sua galáxia hospedeira, regulando a formação estelar e moldando a estrutura galáctica pelos jatos de energia que podem emitir.
Quando duas galáxias entram em colisão, seus buracos negros centrais podem acabar formando um sistema binário. Ao espiralarem um ao redor do outro, eles emitem ondas gravitacionais e, se estiverem ativos, aparecem como quasares. Assim, observar um quasar pode indicar a presença de um buraco negro supermassivo, e variações particulares podem denunciar um par em interação.
O estudo dos quasares permite, portanto, traçar a distribuição e o comportamento dos buracos negros supermassivos através do cosmos. Ao associá-los aos sinais gravitacionais, os cientistas obtêm uma imagem mais completa desses objetos.
Fonte: The Astrophysical Journal Letters