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Buracos negros mais massivos de todos são encontrados

Dois buracos negros extremamente massivos estão no centro de uma galáxia e deveriam se fundir, mas suas órbitas estão estáveis há bilhões de anos

1 mar 2024 - 13h06
(atualizado às 16h21)
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Buscando saber se dois buracos negros supermassivos podem se fundir nos centros de galáxias, uma equipe de astrônomos mediu a dupla mais massiva já encontrada. Eles descobriram que os dois objetos estão separados por apenas 24 anos-luz, mas permanecem assim há mais de três bilhões de anos.

Foto: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani / Canaltech

Na astronomia, objetos binários (próximos o suficiente para orbitarem entre si) estão fadados a se colidirem, evento que resulta em uma fusão. Mas ainda não se sabe muito sobre corpos extremamente massivos, como buracos negros nos centros das galáxias.

Os pesquisadores observaram o par binário de buracos negros localizado na galáxia elíptica B2 0402+379. Trata-se de um aglomerado fóssil, ou seja, o resultado da fusão de um aglomerado de galáxias inteiro em uma única galáxia massiva.

A massa do par de buracos negros por lá é estimada em 28 bilhões de massas solares, sendo o binário mais pesado já encontrado. Além de ser uma evidência de que B2 0402+379 surgiu da fusão de um aglomerado de galáxias, a massa desse par também sugere que eles se formaram a partir da fusão de vários buracos negros menores.

Conceito artístico de dois buracos negros separados por uma curta distância (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/A.Hobart)
Conceito artístico de dois buracos negros separados por uma curta distância (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/A.Hobart)
Foto: Canaltech

Contudo, ainda não está claro se os dois buracos negros resutlantes dessas fusões também se fundirão em um único objeto. Essa é uma antiga questão na física, conhecida como problema do parsec final, uma espécie de "dilema matemático", por assim dizer.

Teoricamente, a fusão de buracos negros supermassivos binários é inevitável, já que eles estariam orbitando rumo ao centro gravitacional da galáxia. Essa órbita em espiral os aproxima gradualmente, o que também resulta em ganho de velocidade — assim como uma patinadora no gelo gira mais rápido ao recolher os braços junto ao corpo.

Por outro lado, há outras coisas acontecendo nessa dança caótica, como a interação gravitacional do par com outros corpos ao redor. Ao perturbar a órbita de estrelas e nuvens de poeira e gás, os buracos negros perdem velocidade e energia gravitacional.

À medida que perdem energia, os buracos negros são atraídos cada vez mais para o centro gravitacional que há entre eles. Em outras palavras, eles se aproximam até um limite que os separa da fusão. No caso de buracos negros de massa estelar (ou seja, milhões ou bilhões de vezes menores que os supermassivos), a fusão acaba acontecendo.

Estudos anteriores sugerem que, para se fundirem, buracos negros supermassivos devem ficar separados a uma distância de apenas 0,01 anos-luz, mas até hoje nenhuma dupla foi encontrada nessa configuração. É mais provável que, antes disso, os objetos sejam ejetados para fora da galáxia ou mantenham órbita estável, sem diminuir a distância.

Simulação de interação entre dois buracos negros, um passando frente ao outro (Imagem: Reprodução/Goddard Space Flight Center/Schnittman/Brian P. Powell)
Simulação de interação entre dois buracos negros, um passando frente ao outro (Imagem: Reprodução/Goddard Space Flight Center/Schnittman/Brian P. Powell)
Foto: Canaltech

O par localizado em B2 0402+379 é o único já observado com detalhes suficientes para identificar ambos os objetos separadamente, além de terem a menor separação já vista: 24 anos-luz é o equivalente a 6 vezes a distância entre o Sol e Proxima Nova, a estrela mais perto de nós. Considerando as proporções desses buracos negros, é uma distância muito pequena.

A fusão parece iminente, mas o novo estudo revela que o par está estagnado a esta distância há mais de três bilhões de anos. Os autores concluem que foi necessário um número muito grande de estrelas circundantes para desacelerar a órbita desses objetos para e aproximá-los, mas o par acabou expulsando todos esses vizinhos.

Sem mais estrelas e nuvens de gás por perto, não há perda de energia gravitacional, nem diminuição de velocidade. Assim, segundo a pesquisa, os buracos negros puderam permanecer à mesma distância por tanto tempo.

O artigo foi publicado recentemente no The Astrophysical Journal.

Fonte: The Astrophysical Journal, NOIRLab

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