Os astrônomos descobriram três buracos negros supermassivos (SMBHs) no centro de três galáxias em colisão a um bilhão de anos-luz de distância da Terra. Isso é evidência de que todos os três também são núcleos galácticos ativos (AGN), devorando material e queimando intensamente.
Essa descoberta pode lançar alguma luz sobre o "problema final do parsec", um problema de longa data em astrofísica e fusões de buracos negros.
Os astrônomos descobriram as três SMBHs em dados de vários telescópios, incluindo o Sloan Digital Sky Survey (SDSS), o Chandra X-ray Observatory e o Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Os três buracos negros estão envolvidos em um quase evento inimaginavelmente épico; uma fusão de três galáxias. Essas fusões triplas podem desempenhar um papel crítico na forma como os buracos negros mais maciços crescem com o tempo.
"Essa é a evidência mais forte já encontrada para um sistema tão triplo de alimentar ativamente buracos negros supermassivos".
Ryan Pfeifle, Universidade George Mason, Autor Principal.
Os astrônomos que a descobriram não esperavam encontrar três buracos negros no centro de uma fusão de galáxias triplas.
"Naquela época, procurávamos apenas pares de buracos negros e, através de nossa técnica de seleção, nos deparamos com esse sistema incrível", disse Ryan Pfeifle, da Universidade George Mason, em Fairfax, Virgínia, o primeiro autor de um novo artigo em O Astrophysical Journal descrevendo esses resultados. "Essa é a evidência mais forte já encontrada para um sistema tão triplo de alimentar ativamente buracos negros supermassivos".
Os sistemas triplos de buracos negros são difíceis de detectar, porque há muita coisa acontecendo na vizinhança. Eles estão envoltos em gás e poeira, o que dificulta a visualização. Neste estudo, foram necessários vários telescópios operando em diferentes partes do espectro eletromagnético para descobrir os três orifícios. Também levou o trabalho de alguns cientistas cidadãos.
Eles não são apenas difíceis de detectar, mas raros. "Buracos negros duplos e triplos são extremamente raros", disse a coautora Shobita Satyapal, também de George Mason, "mas esses sistemas são na verdade uma consequência natural das fusões de galáxias, que pensamos ser como as galáxias crescem e evoluem".
O SDSS foi o primeiro a detectar essa fusão tripla em luz visível, mas foi apenas através do Galaxy Zoo, um projeto de ciência cidadã, que foi identificado como um sistema de galáxias em colisão. Então o WISE viu que o sistema estava brilhando no infravermelho, indicando que estava em uma fase de fusão da galáxia, quando se esperava que mais de um dos buracos negros estivesse sendo alimentado.
Os dados de Sloan e WISE eram apenas pistas tentadoras, e os astrônomos procuraram o Observatório Chandra e o Grande Telescópio Binocular (LBT) para obter mais confirmação. As observações Chandra mostraram que havia fontes brilhantes de raios-X no centro de cada galáxia. É exatamente aí que os cientistas esperam encontrar SMBHs.
Mais evidências mostrando que as SMBHs chegaram do satélite Chandra e Nuclear Spectroscopic Telescope Array da NASA (NuSTAR). Eles encontraram evidências de grandes quantidades de gás e poeira perto de um dos buracos negros. Isso é esperado quando os buracos negros estão se fundindo. Outros dados de luz óptica do SDSS e do LBT forneceram evidências espectrais que são características das três SMBHs alimentadas.
"Os espectros ópticos contêm muitas informações sobre uma galáxia", disse Christina Manzano-King, da Universidade da Califórnia, em Riverside. "Eles são comumente usados para identificar buracos negros supermassivos que acumulam ativamente e podem refletir o impacto que eles têm nas galáxias em que habitam".
Com este trabalho, a equipe de astrônomos desenvolveu uma maneira de encontrar mais desses sistemas triplos de buracos negros. “Com o uso desses observatórios importantes, identificamos uma nova maneira de identificar buracos negros supermassivos triplos. Cada telescópio nos dá uma pista diferente sobre o que está acontecendo nesses sistemas ", disse Pfeifle. "Esperamos ampliar nosso trabalho para encontrar mais triplos usando a mesma técnica."
Eles também podem ter esclarecido o problema final do parsec.
O Problema Final de Parsec
O problema final do parsec é central para nosso entendimento das fusões binárias de buracos negros. É um problema teórico que diz que quando dois buracos negros se aproximam, sua energia orbital excessiva os impede de se fundirem. Eles podem chegar dentro de alguns anos-luz, e o processo de fusão é interrompido.
Quando dois buracos negros se aproximam inicialmente, suas trajetórias hiperbólicas os levam um após o outro. Com o tempo, à medida que os dois buracos interagem com as estrelas em sua vizinhança, eles atiram gravitacionalmente as estrelas, transferindo parte de sua energia orbital para uma estrela toda vez que o fazem. A emissão de ondas gravitacionais também diminui a energia dos buracos negros.
Eventualmente, os dois buracos negros liberam energia orbital suficiente para desacelerar e aproximar-se mais de perto, e chegar a apenas alguns parsecs um do outro. O problema é que, à medida que diminuem a distância, mais e mais matéria é ejetada de suas proximidades por meio de estilingues. Isso significa que não há mais importância para os buracos negros interagirem e liberarem mais energia orbital. Nesse ponto, o processo de mesclagem é interrompido. Ou deveria.
No entanto, os astrofísicos sabem que os buracos negros se fundem porque testemunharam as poderosas ondas gravitacionais. De fato, o LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferometria a Laser) está descobrindo uma fusão de buracos negros uma vez por semana. Como eles se fundem no final é chamado de problema final do parsec.
A equipe por trás deste estudo acha que eles podem ter uma resposta. Eles acham que um terceiro buraco negro, como observaram neste sistema, poderia fornecer o impulso necessário para que dois buracos se fundissem. À medida que um par de buracos negros em um sistema trinário se aproxima, o terceiro buraco pode influenciá-los a fechar o parsec final e se fundir.
De acordo com simulações em computador, cerca de 16% dos pares de buracos negros supermassivos em galáxias em colisão terão interagido com um terceiro buraco negro supermassivo antes de se fundirem. Essas fusões produziriam ondas gravitacionais, mas o problema é que essas ondas teriam freqüência muito baixa para o LIGO ou o observatório VIRGO detectar.
Para detectá-las, os cientistas podem ter que confiar em futuros observatórios como o LISA, a Antena Espacial a Laser da ESA / NASA. A LISA observará ondas gravitacionais de frequência mais baixa do que LIGO ou VIRGO e está melhor equipada para encontrar buracos negros supermassivos.
O artigo que apresenta esses resultados é intitulado "Um AGN triplo em uma fusão galáxia de infravermelho selecionada no estágio intermediário".
Mais:
- Press Release: Encontrado: Três buracos negros em rota de colisão
- Artigo: Um AGN triplo em uma fusão galáxia de infravermelho selecionada no estágio intermediário
- Wikipedia: Problema final do Parsec
- LISA: Antena Espacial de Interferômetro a Laser
