Grandes galáxias como a nossa são hospedeiras de Buracos Negros Supermassivos (SMBHs). Eles podem ser tão massivos que resistem à compreensão, com alguns deles tendo bilhões de vezes mais massa do que o Sol. O nosso, chamado Sagittarius A* (Sgr A*), é um pouco mais modesto, com cerca de quatro milhões de massas solares.
Astrofísicos estudaram Sgr A* para aprender mais sobre ele, incluindo sua idade. Eles dizem que ele se formou há cerca de nove bilhões de anos.
SMBHs são os objetos mais sedutores do Universo. Eles são tão massivos que sua atração gravitacional pode capturar luz. Eles são cercados por um anel giratório de material chamado disco de acreção que alimenta o buraco com material. Quando estão se alimentando ativamente, são chamados de núcleos galácticos ativos (AGN). Os AGNs mais luminosos são chamados de quasares e podem ofuscar galáxias inteiras.
Como os cientistas podem determinar a idade desses objetos confusos? Como eles podem aprender quando nosso buraco negro, Sgr A*, se formou? Reunindo dados, juntando-os e executando simulações.
Este esforço começou a sério em abril de 2017, quando o Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) observou o buraco negro no centro da galáxia M87. Essa foi a primeira vez que vimos uma imagem de um buraco negro, e foi seguido em 2022 quando o EHT observou Sgr A*.
Uma nova pesquisa publicada na Nature Astronomy se baseou em observações do EHT para determinar a idade e a origem de Sgr A*. É intitulada “Evidência de uma fusão passada do buraco negro do Centro Galáctico.Os autores são Yihan Wang e Bing Zhang, ambos astrofísicos da Universidade de Nevada, em Las Vegas.
Buracos negros crescem de duas maneiras. Eles acumulam matéria ao longo do tempo e se fundem. Astrofísicos acreditam que é preciso uma fusão de galáxias para formar um SMBH, e Sgr A* não é diferente. Ele provavelmente se formou por meio de uma fusão, embora também acrete material.
Sgr A* é incomum. Ele gira rapidamente e está desalinhado em relação à Via Láctea. Esta é uma evidência de uma fusão passada, de acordo com Wang e Zhang, possivelmente com uma galáxia satélite há muito extinta chamada Gaia-Encélado.
“O Event Horizon Telescope (EHT) forneceu imagens diretas do SMBH Sgr A* no centro da Via Láctea, indicando que ele provavelmente gira rapidamente com seu eixo de rotação significativamente desalinhado em relação ao momento angular do plano galáctico”, escrevem os autores em seu artigo.
A dupla de pesquisadores usou simulações de computador para modelar qual impacto uma fusão teria no buraco negro da Via Láctea. “Através da investigação de vários modelos de crescimento de SMBH, aqui mostramos que as propriedades de spin inferidas de Sgr A* fornecem evidências de uma fusão passada de SMBH”, escrevem os autores.
O trabalho deles mostra que uma fusão de razão de massa de 4:1 com uma configuração orbital altamente inclinada pode explicar o que as observações EHT de Sgr A* mostram. “Inspirado pela fusão entre a Via Láctea e Gaia-Enceladus, que tem uma razão de massa de 4:1, conforme inferido de Gaia dados, descobrimos que uma fusão principal de 4:1 de SMBH com um ângulo de inclinação do momento angular binário de 145-180 graus em relação à linha de visão (LOS) pode replicar com sucesso as propriedades de spin medidas de Sgr A*”, explicam os autores em seu trabalho.
“Essa fusão provavelmente ocorreu há cerca de 9 bilhões de anos, após a fusão da Via Láctea com a galáxia Gaia-Enceladus”, disse Zhang, um distinto professor de física e astronomia na UNLV e diretor fundador do Centro de Astrofísica de Nevada. “Este evento não apenas fornece evidências da teoria de fusão de buraco negro hierárquico mas também fornece insights sobre a história dinâmica da nossa galáxia.”
“Esta descoberta abre caminho para nossa compreensão de como buracos negros supermassivos crescem e evoluem”, disse o autor principal Wang em um comunicado à imprensa. “O spin alto desalinhado de Sgr A* indica que ele pode ter se fundido com outro buraco negro, alterando dramaticamente sua amplitude e orientação de spin.”
“Este evento de fusão em nossa galáxia fornece suporte observacional potencial para a teoria de fusões BH hierárquicas na formação e crescimento de SMBHs”, escrevem os autores em sua conclusão.
Quando as galáxias se fundem, o mesmo acontece com seus buracos negros centrais. Embora isso tenha sido amplamente teórico, os observatórios de ondas gravitacionais estão detectando um número crescente de fusões de buracos negros. No entanto, devido à faixa de frequência dos nossos observatórios, eles detectaram apenas fusões de buracos negros de massa estelar. As fusões SMBH produziriam frequências de ondas gravitacionais muito mais baixas que estão além do alcance de detectores como LIGO/Virgem/KAGRA. Os detectores do sistema estão muito próximos para detectar as frequências mais baixas.
Os autores também apontam para as taxas de fusão de SMBH determinadas em outras simulações, como a Simulações do Milênioo que sugere que pode haver centenas ou milhares a cada ano no Universo observável. “A taxa de fusão inferida, consistente com previsões teóricas, sugere uma taxa de detecção promissora de fusões SMBH para detectores de ondas gravitacionais espaciais esperados para operar na década de 2030.”
Há planos para construir instalações que podem detectar essas frequências de fusão SMBH mais baixas. A ESA e a NASA estão planejando uma missão chamada LISA (Laser Interferometer Space Antenna) que pode detectar essas ondas. A LISA consistirá de três espaçonaves trabalhando juntas como um interferômetro. Cada espaçonave teria 2,5 milhões de km de comprimento.
SMBHs são alguns dos objetos mais intrigantes do Universo e são assustadores de estudar. No entanto, mesmo na ausência de qualquer evidência de onda gravitacional de fusões de SMBH, esta pesquisa ajuda a preparar o cenário para aprofundar nossa compreensão dessas fusões quando elas ocorrem.
