Astrônomos detectaram dois buracos negros supermassivos em rota de colisão

Astrônomos detectaram dois buracos negros supermassivos em rota de colisão, em uma galáxia a 2,5 bilhões de anos-luz de distância, que deve começar a produzir ondas gravitacionais em cerca de 2,5 bilhões de anos.

Por | @oficinadanet Ciência Pular para comentários

Graças ao entendimento das ondas gravitacionais, a teoria do físico Albert Einstein sobre a ondulação do tecido espaço-tempo, uma parte da Teoria da Relatividade de 1916, e confirmada em 2016, estamos entendendo melhor o que acontece quando os buracos negros colidem. Mas os buracos negros em órbita próxima geram apenas ondulações no espaço-tempo, suficientemente fortes para serem detectadas logo antes de se romperem. 

Mas uma nova descoberta poderia mudar tudo isso. Em uma galáxia a pouco mais de 2,5 bilhões de anos-luz de distância, os astrônomos identificaram dois buracos negros supermassivos destinados a um colossal colapso.

Encontro entre os dois buracos negros supermassivos vai demorar a acontecer

Não fique muito animado. Eles ainda estão muito distantes, e os astrônomos estimam que poderia levar outros 2,5 bilhões de anos para que os buracos negros se encontrem. O lado bom disso tudo é o aprendizado que a nossa ciência pode obter com esse acontecimento, mesmo se não estivermos por perto para ver este encontro de gigantes.

A maior promessa dessa descoberta é ter uma maior compreensão de como funcionam as ondas gravitacionais, um humo hipotético de ondas gravitacionais de baixa frequência, oriundas de fontes como buracos negros supermassivos prestes a se fundir.

A detecção do ruído desse tipo de evento ainda está fora do alcance de nossos instrumentos atuais. Mas agora que temos a certeza de que dois buracos negros supermassivos vão se encontrar, e suas características fornecem aos astrônomos uma estimativa de quantos desses encontros poderiam estar acontecendo pelo universo, fazendo potencialmente esse ruído de fundo de ondas gravitacionais.

"É um pouco como um coro caótico de grilos cantando no meio da noite", disse o astrofísico Andy Goulding, da Universidade de Princeton . "Você não pode discernir um grilo de outro, mas o volume do barulho ajuda a estimar quantos grilos estão por aí."

Ter uma compreensão desse ruído poderia eventualmente nos ajudar a descobrir se buracos negros supermassivos sequer se fundem.

Até agora, nossas detecções de colisão de buracos negros foram de buracos negros de massa estelar muito menos intensos. A mais poderosa detecção de ondas gravitacionais até hoje foi uma colisão entre os buracos negros 50 e 34 vezes a massa do Sol, respectivamente. Buracos negros supermassivos são outra categoria. Cada um neste encontro recém-descoberto é estimado em 400 milhões de vezes a massa do Sol; e cada um é o núcleo de uma galáxia, os dois se juntando em uma colisão galáctica.

O que acontece quando dois buracos negros supermassivos se encontram?

Como será o núcleo dessa galáxia após o épico encontro? Será um buraco negro gigante supermassivo 800 bilhões de vezes a massa do Sol, ou, quando eles se aproximarem, os dois buracos negros ficarão presos em uma órbita perpétua um com o outro?

"É um grande embaraço para a astronomia que não sabemos se buracos negros supermassivos se fundem", disse a astrofísica Jenny Greene, da Universidade de Princeton. "Para todos na física dos buracos negros, observacionalmente, este é um enigma de longa data que queremos entender."

De acordo com a modelagem teórica, quando duas galáxias se fundem, seus buracos negros são inexoravelmente puxados juntos, transferindo sua energia orbital para o gás e estrelas ao redor deles, e assim orbitam em uma espiral cada vez mais apertado.

Sabemos que dois buracos negros de massa estelar eventualmente se juntarão e formarão um único objeto, mas com buracos negros supermassivos, há dúvidas quanto a isso.

À medida que sua órbita encolhe, também ocorre a região do espaço para a qual eles podem transferir energia. No momento em que estão separados por um parsec (cerca de 3,2 anos-luz), teoricamente essa região do espaço não é grande o suficiente para suportar mais decaimento orbital, então eles permanecem em uma órbita binária estável - potencialmente por bilhões de anos. Isso é chamado de problema final do parsec.

Se pudéssemos ver um núcleo galáctico binário, poderíamos resolver esse problema, mas a uma distância de um parsec, os buracos negros em colisão seriam muito próximos um do outro para diferenciar, e é muito difícil ver um buraco negro.

Esse par de buracos negros recém-descobertos ainda está a cerca de 430 parsecs (1.400 anos-luz) de distância, então eles não resolverão diretamente o problema final do parsec - mas ainda são úteis, já que deram aos pesquisadores uma estimativa melhor de quanto tempo leva antes a colisão começaria a produzir ondas gravitacionais detectáveis.

Analisando esse recém-descoberto dueto de buracos negros no contexto de um hipotético fundo de ondas gravitacionais, a equipe conseguiu chegar a uma estimativa de cerca de 112 buracos negros supermassivos que se fundem dentro da distância de detecção da Terra. É uma quantidade suficientemente boa perto de nós para termos a primeira detecção de fundo de ondas gravitacionais em alguns anos.

Se a onda gravitacional emitir ruídos de encontros de buracos negros supermassivos, então de alguma forma a ciência conseguirá de fato fechar o parsec final entre eles. E, se não for possível detectar esse ruído, talvez esse problema nunca possa ser resolvido.

A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.