Novas evidências do Observatório de Raios-X Chandra da NASA desafiam as idéias predominantes sobre como os buracos negros crescem no centro das galáxias. Os astrônomos há muito pensam que um buraco negro supermassivo e o volume de estrelas no centro de sua galáxia hospedeira crescem na mesma proporção - quanto maior o volume, maior o buraco negro. No entanto, um novo estudo de dados de Chandra revelou duas galáxias próximas com buracos negros supermassivos que estão crescendo mais rapidamente do que as próprias galáxias.
A massa de um buraco negro gigante no centro de uma galáxia é tipicamente uma pequena fração - cerca de 0,2% - da massa contida na protuberância, ou região de estrelas densamente compactadas ao seu redor. Os alvos do mais recente estudo de Chandra, as galáxias NGC 4342 e NGC 4291, têm buracos negros de 10 a 35 vezes mais massivos do que deveriam ser comparados às suas protuberâncias. As novas observações com Chandra mostram que os halos, ou enormes envelopes de matéria escura nas quais essas galáxias residem, também estão acima do peso.
Este estudo sugere que os dois buracos negros supermassivos e sua evolução estão ligados aos halos da matéria escura e não cresceram em conjunto com as protuberâncias galácticas. Nesta visão, os buracos negros e halos de matéria escura não estão acima do peso, mas a massa total nas galáxias é muito baixa.
"Isso nos dá mais evidências de uma ligação entre dois dos fenômenos mais misteriosos e sombrios da astrofísica - buracos negros e matéria escura - nessas galáxias", disse Akos Bogdan, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), em Cambridge, Massachusetts. ., quem liderou o novo estudo.
NGC 4342 e NGC 4291 estão próximos da Terra em termos cósmicos, a distâncias de 75 milhões e 85 milhões de anos-luz. Os astrônomos sabiam de observações anteriores que essas galáxias hospedam buracos negros com massas relativamente grandes, mas não sabem ao certo o que é responsável pela disparidade. Com base nas novas observações de Chandra, eles são capazes de descartar um fenômeno conhecido como remoção de maré.
A remoção de maré ocorre quando algumas das estrelas de uma galáxia são arrancadas pela gravidade durante um encontro próximo com outra galáxia. Se tal remoção de maré tivesse ocorrido, a maioria dos halos estaria faltando. Como a matéria escura se estende para mais longe das galáxias, é mais frouxamente ligada a elas do que as estrelas e é mais provável que seja afastada.
Para descartar as marés, os astrônomos usaram Chandra para procurar evidências de gás quente emitindo raios-X ao redor das duas galáxias. Como a pressão do gás quente - estimada a partir de imagens de raios X - equilibra a atração gravitacional de toda a matéria da galáxia, os novos dados do Chandra podem fornecer informações sobre os halos da matéria escura. Verificou-se que o gás quente estava distribuído amplamente em torno das NGC 4342 e NGC 4291, o que implica que cada galáxia tem um halo de massa escura incomumente maciço e que a remoção de maré é improvável.
"Esta é a evidência mais clara que temos, no universo próximo, de buracos negros que crescem mais rápido que a galáxia hospedeira", disse o co-autor Bill Forman, também da CfA. "Não é que as galáxias tenham sido comprometidas por encontros próximos, mas eles tiveram algum tipo de desenvolvimento interrompido".
Como a massa de um buraco negro pode crescer mais rapidamente que a massa estelar de sua galáxia hospedeira? Os autores do estudo sugerem que uma grande concentração de gás girando lentamente no centro galáctico é o que o buraco negro consome muito cedo em sua história. Ela cresce rapidamente e, à medida que cresce, a quantidade de gás que pode acumular ou engolir aumenta junto com a produção de energia proveniente da acumulação. Depois que o buraco negro atinge uma massa crítica, as explosões alimentadas pelo consumo contínuo de gás impedem o resfriamento e limitam a produção de novas estrelas.
"É possível que o buraco negro supermassivo tenha atingido um tamanho elevado antes que houvesse muitas estrelas na galáxia", disse Bogdan. "Essa é uma mudança significativa em nossa maneira de pensar sobre como galáxias e buracos negros evoluem juntos".
Os resultados foram apresentados em 11 de junho na 220ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Anchorage, no Alasca. O estudo também foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal.
