Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
Um rastro encontrado no gás em torno de uma galáxia distante pode ser uma evidência sólida apontando para um buraco negro supermassivo fujão.
Com base em uma análise da luz que viajou por mais de 7,5 bilhões de anos para chegar até nós, uma equipe de astrônomos apresentou evidências de um objeto colossal ejetado de sua galáxia hospedeira há 39 milhões de anos, que agora está acelerando no espaço intergaláctico a 1.600 quilômetros por segundo.
Embora o próprio buraco negro seja invisível, seu rastro não é: choques no meio intergaláctico deixam para trás um rastro de formação estelar no gás comprimido. O trabalho da equipe mostra uma maneira pela qual poderíamos identificar buracos negros supermassivos quiescentes ejetados de suas galáxias para navegar, invisíveis e sem amarras, através do espaço intergaláctico.
A pesquisa, liderada pelo astrofísico Pieter van Dokkum, da Universidade Yale, foi aceita no The Astrophysical Journal Letters e está disponível no servidor de pré-publicação arXiv.
A ideia de que um buraco negro supermassivo poderia ser ejetado de sua galáxia não é tão estranha assim. Na verdade, os astrônomos já identificaram o que eles acham que podem ser múltiplos buracos negros supermassivos ejetados dos centros de suas galáxias (embora nenhum ainda tenha atravessado o espaço intergaláctico), e até mesmo uma galáxia que parece não ter seu buraco negro supermassivo.
Mas todos esses buracos negros supermassivos tinham uma coisa em comum: eles são ativos, o que significa que estão cercados por uma nuvem de material que está caindo em suas bocas devoradoras e destruidoras. Esse processo gera quantidades insanas de calor e luz, o que os torna muito mais fáceis de detectar.
Mas nem todos os buracos negros estão ativos. E aqueles que estão de boas por aí entre seus lanchinhos, sem se meter com ninguém, não emitem luz que possamos detectar e, portanto, são essencialmente invisíveis para nossa tecnologia.
No entanto, algo tão pesado quanto um buraco negro supermassivo – milhões a bilhões de vezes a massa do Sol – ainda pode deixar rastros que podemos detectar. Foi isso que van Dokkum e seus colegas propuseram: que o rastro de um buraco negro supermassivo ejetado pode ser detectado no gás que circunda uma galáxia, conhecido como meio circungaláctico.
A descoberta foi feita no curso de outras investigações. Os pesquisadores estavam usando o Hubble para estudar uma galáxia anã muito mais próxima chamada RCP 28. Foi nessa imagem que eles descobriram algo que pode ser apenas o rastro de um buraco negro supermassivo fujão.
A imagem revelou um rastro brilhante levando diretamente ao centro de uma galáxia irregular. Inicialmente, os pesquisadores pensaram que se tratava de um raio cósmico, mas ele apareceu em ambos os filtros usados para processar as imagens. Então, em outubro de 2022, eles obtiveram imagens de acompanhamento usando o Observatório Keck, para calcular o desvio para o vermelho da galáxia e do rastro. Isso lhes deu um tamanho: o rastro mede mais de 200.000 anos-luz de comprimento.
A análise mostrou que a galáxia e o rastro têm o mesmo desvio para o vermelho, o que significa que provavelmente estão associadas uma à outra, e o rastro e a galáxia têm a mesma cor. A equipe nunca tinha visto nada parecido.
Olhando mais de perto, eles descobriram que o rastro não era uniforme em cor ou brilho. Também mostra sinais de forte ionização e regiões de choque. Parte da ionização pode ser explicada pela presença de estrelas muito jovens, quentes e massivas; isso é consistente com choques astrofísicos, que tendem a comprimir o gás e causar o colapso de aglomerados sob a gravidade, formando estrelas bebês.
Rastros de luz emergindo dos centros das galáxias não são incomuns; estes são geralmente jatos astrofísicos, fluxos poderosos de plasma viajando a velocidades próximas à da luz, lançados das regiões polares de buracos negros supermassivos ativos. O rastro que a equipe encontrou não mostra nenhuma das características de um jato astrofísico.
É possível, a equipe especulou, que a passagem de um jato poderia ter deixado um rastro de formação estelar em sua trajetória; mas o rastro nas imagens não corresponde a nenhuma instância observada ou simulada de formação estelar induzida por jato registrada.
Na verdade, o rastro observado é exatamente o oposto do que os astrônomos esperariam de um jato de gás; mais forte no ponto mais distante da galáxia, onde há menos material, e mais estreito em distâncias maiores, em vez de se espalhar como um jato.
A equipe acredita que a melhor explicação é um buraco negro supermassivo errante descontrolado, perturbando e comprimindo o meio circungaláctico enquanto viaja, deixando formação estelar para trás.
Você provavelmente está se perguntando o que pode ejetar um buraco negro supermassivo de sua galáxia, e a resposta é: outro buraco negro supermassivo. Ou dois. No cenário dos pesquisadores, duas galáxias se fundiram uma vez; os buracos negros supermassivos nos núcleos dessas galáxias se juntaram em um buraco negro supermassivo binário e permaneceram assim por um tempo.
Então veio uma terceira galáxia, e o buraco negro supermassivo afundou no centro do trio de galáxias recém-fundido, resultando em uma interação de três corpos conhecida como mecanismo de Hills que lançou um dos buracos negros para longe em alta velocidade.
Observações futuras em vários comprimentos de onda poderão ajudar os astrônomos a descobrir se esse é realmente o caso. Enquanto isso, como essa observação é tão única, outros exemplos devem ser relativamente fáceis de encontrar, principalmente com instrumentos mais poderosos, como o próximo Telescópio Espacial Nancy Roman Grace em infravermelho.
“Sustentamos que essa assinatura é o rastro de um buraco negro supermassivo errante descontrolado, contando com o pequeno número de papers que foram escritos sobre esse tópico nos últimos cinquenta anos”, escreveram os pesquisadores em seu paper.
“Essa área pode se beneficiar de mais trabalhos teóricos, principalmente porque esses papers propõem uma variedade de mecanismos de formação para os ratos. Simulações hidrodinâmicas que modelam os choques e também levam em consideração os efeitos gravitacionais podem reunir esses estudos iniciais em uma estrutura autoconsistente.”
A pesquisa foi aceita para publicação no The Astrophysical Journal Letters e está disponível no arXiv.
