Em uma galáxia a quatro bilhões de anos-luz de distância da Terra, três buracos negros supermassivos estão travados em um abraço em rotação. Esses buracos negros representam o trio mais justo de buracos negros conhecido até o momento e sugere que esses sistemas compactos sejam mais comuns do que se pensava anteriormente.
“O permanece extraordinário para mim é que esses buracos negros, que estão no limite da Teoria Geral da Relatividade de Einstein, estão orbitando um ao outro a uma velocidade 300 vezes maior que a velocidade do som na Terra”, disse Roger Deane, principal autor do artigo da Universidade de Cape Town.
“Não é somente isso, mas usando os sinais combinados de rádio telescópios em quatro continentes da Terra nós fomos capazes de observar esse exótico sistema a uma distância equivalente a um terço de toda a extensão do universo. Isso nos anima muito já que estamos apenas arranhando a superfície de uma longa lista de descobertas que serão possíveis de serem realizadas com o Square Kilometer Array”.
O sistema, chamado SDSS J150243.091111557.3, foi primeiramente identificado como um quasar – um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, que está rapidamente crescendo pela acreção de material e brilha intensamente – a quatro anos atrás. Mas seu espectro era ligeiramente excêntrico com sua linha de emissão de oxigênio duplamente ionizado [OIII] dividida em dois picos ao invés de apresentar somente um.
Uma explicação favorável sugeriu que existiam na verdade dois buracos negros supermassivos escondidos no núcleo da galáxia.
Uma galáxia ativa normalmente mostra linhas de emissões estreitas com um único pico, que vem de uma região de gás ionizado ao redor. O fato dessa galáxia ativa mostrar linhas de emissão com duplo pico, sugere que existem duas regiões ao redor de gás ionizados e assim sendo dois buracos negros supermassivos.
Mas um dos buracos negros supermassivos estava escondido na poeira. Então Deane e seus colegas pesquisaram um pouco mais. Eles usaram uma técnica chamada de Very Long Baseline Interferometry (VLBI), o que significa integrar os sinais de telescópios separados a mais de 10000 quilômetros para poderem ver detalhes 50 vezes maiores do que aqueles observados pelo Telescópio Espacial Hubble.
Observações feitas com a rede Europeia VLBI – uma rede de antenas da Europa, China, Rússia e América do Sul – revelaram que o buraco negro supermassivo coberto pela poeira era novamente dois ao invés de um, fazendo com que o sistema tivesse três buracos negros supermassivos no total.
“Isso é o que foi surpreendente”, disse Deane. “Nosso objetivo era confirmar os dois buracos negros suspeitos. Nós não esperávamos que um deles era de fato dois, que só poderia mesmo ser revelado pela European VLBI Network, devido aos detalhes impressionantes que essa rede é capaz de discernir”.
Deane e seus colegas observaram seis galáxias similares antes de encontrar o primeiro trio. O fato deles terem encontrado um trio tão rapidamente sugere que eles são mais comuns do que se pensava anteriormente.
Antes de hoje, somente quatro sistemas de buracos negros eram conhecidos, com o par mais perto separado de 2.4 kiloparsecs – aproximadamente 2000 vezes a distância entre a Terra e a estrela mais próxima fora do Sistema Solar, a Proxima Centauri. Mas o par mais próximo nesse trio é separada por somente 140 parsecs – aproximadamente 10 vezes essa distância.
Embora Deane e seus colegas contassem com a fenomenal resolução da técnica VLBI para poder separar espacialmente os dois buracos negros mais próximos, eles também mostraram que a presença poderia ser inferida a partir de estruturas de escalas maior. O movimento orbital do buraco negro, por exemplo, está impresso nos grandes jatos, torcendo-os e dando a eles uma forma de hélice. Isso pode fazer com que telescópios menores com uma ferramenta apropriada possam encontrá-los com uma eficiência muito maior.
“Se o resultado se manter, será muito legal”, disse o especialista em buracos negros supermassivos binários Jessie Runnoe da Universidade Estadual da Pennsylvania. Essa pesquisa tem múltiplas implicações para entender mais os fenômenos.
A primeira implicação lança uma luz sobre a evolução das galáxias. Dois ou três buracos negros supermassivos são a prova cabal de que a galáxia se fundiu com outra. Assim, olhando essas galáxias em detalhe, os astrônomos podem entender como as galáxias se evoluíram até ter a forma e o tamanho que têm hoje.
A segunda implicação lança luz sobre um fenômeno conhecido como radiação gravitacional. A Teoria Geral da Relatividade de Einstein prevê que quando um dos buracos negros supermassivos espirala internamente, ondas gravitacionais – ondulações na fábrica do próprio espaço-tempo – se propagam pelo espaço.
Futuros rádio telescópios deverão ser capazes de medir as ondas gravitacionais desses sistemas com a decadência de suas órbitas.
“No futuro, o Square Kilometer Array permitirá que nós possamos encontrar e estudar esses sistemas com detalhes impressionantes, e realmente permitirá que possamos ganhar um entendimento muito melhor sobre como os buracos negros moldam as galáxias no decorrer da história do universo”, disse o coautor Matt Jarvis da Universidade de Oxford e Western Cape.
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