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Um Dos Grandes Mistérios do Universo – Será Que Os Pares de Buracos Negros Supermassivos Realmente Existem?

Observações da natureza tendem a revelar resultados inesperados e novos mistérios, isso acontece se você começar a investigar com dedicação e detalhe uma simples chuva, ou o espaço profundo. Quando a rádio astronomia surgiu lá na década de 1950, nós não tínhamos a menor ideia que ela nos levaria a descobrir que as galáxias, incluindo a nossa, parecem ter no seu centro um gigantesco buraco negro, com milhões, e até mesmo bilhões de vezes a massa do nosso Sol.

Poucas décadas depois, estamos nós aqui lutando com todas as armas para provar que esses monstros, chamados de buraco negros supermassivos, sim existem e são comuns no universo.

Os primeiros astrônomos que trabalharam com a rádio astronomia, descobriram que algumas galáxias emitem ondas de rádio, um tipo de radiação eletromagnética. Eles sabiam que essas galáxias as vezes podiam colidir e se fundir e naturalmente imaginaram se isso poderia ter algo a ver com as emissões de ondas de rádio. Depois, com o passar do tempo e com melhores observação, essa ideia foi refutada.

Esses primeiros astrônomos também descobriram que as ondas de rádio eram emitidas em jatos estreitos, significando que a potência vinha de uma pequena região no núcleo. A potência de rádio, era enorme de fato, tão forte que acabava suprimindo a luminosidade de todas as estrelas na galáxia. Várias sugestões foram feitas na época para explicar como uma quantidade tão grande assim de energia poderia ser produzida, e foi na década de 1970, que finalmente os cientistas propuseram que os buracos negros poderiam ser os responsáveis por essas emissões. Esses objetos atualmente são conhecidos como quasars.

Modelos teóricos estimaram que esses objetos teriam uma massa de uma galáxia pequena, só que toda ela concentrada num espaço comparável ao espaço entre a órbita da Terra e o Sol. Mas pelo fato de somente algumas galáxias produzirem essas explosões energéticas, não estava claro ainda o quão comum poderiam ser os buracos negros supermassivos. Com a chegada, em 1990 do Telescópio Espacial Hubble, o centro das galáxias próximas que não emitiam explosões de ondas de rádio puderam finalmente ser investigados. Será que eles continham buracos negros supermassivos?

Muitos tinham sim, os astrônomos conseguiram observar sinais de massas influenciando a matéria ao redor deles sem emitir qualquer luz. Mesmo a Via Láctea, mostrava evidências de ter um buraco negro supermassivo no seu centro, hoje conhecido como Sagittarius A*, ou Sgr A*. Nesse ponto, os astrônomos estavam cada vez mais convincentes que buracos negros supermassivos eram uma realidade e podiam explicar as explosões extremamente energéticas observadas em algumas galáxias.

Mas provar que os buracos negros supermassivos de fato existiam ainda era complicado. Apesar do fato de alguns buracos negros emitirem jatos, esses veem de uma região ao redor do buraco negro e não do buraco negro mesmo. Então como provar a existência de algo que é completamente escuro? Um buraco negro, como definido pela Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein é uma região do espaço circulada por um horizonte, uma superfície de onde nem a luz ou qualquer outro  material pode escapar. Então, provar a existência dos buracos negros é algo muito complicado para os astrônomos, já que eles precisam ver algo que não emite nada.

Para buracos negros menores, com uma massa estelar, de dezenas até centenas de vezes a massa do Sol, uma prova foi encontrada: quando dois objetos desse tipo se fundem, eles emitem ondas gravitacionais, uma pequena flutuação do espaço que foi registrada pela primeira vez em 2015. A detecção provou que os buracos negros existem, que eles algumas vezes aparecem em pares e que eles de fato se fundem. Essa descoberta foi tão incrível que mereceu o prêmio Nobel de 2017.

Nós também temos um bom entendimento de onde os buracos negros de tamanho estelar veem, eles são o que resta depois de que uma estrela muito mais massiva que o Sol chega ao final de sua vida. Mas tanto a existência e a origem dos buracos negros supermassivos é cercada de mistério.

Hoje em dia, nós já encontramos indicações que muitos jatos em ondas de rádio produzidos pelos buracos negros supermassivos podem, de fato, ser o resultado de pares de objetos, onde um orbita o outro. Isso foi feito comparando os mapas de rádio observados nessas regiões com modelos computacionais.

A presença de um segundo buraco negro faria com que os jatos produzidos pela primeiro mudassem de direção de forma periódica no decorrer de centenas de milhares de anos. Os pesquisadores perceberam que as mudanças cíclicas na direção dos jatos causaria uma aparência específica nos mapas de rádio do centro da galáxia.

Os astrônomos encontraram evidências desse padrão em cerca de 75% das rádio galáxias conhecidas, ou seja, galáxias que emitem a maior parte da sua radiação em ondas de rádio, sugerindo que os pares de buracos negros supermassivos são comuns e não uma exceção. Esses pares devem se formar quando galáxias se fundem. Cada galáxia contém um buraco negro supermassivo e como eles são mais  massivos do que todas as estrelas individuais, eles afundam no centro da galáxia recém-formada onde eles formam um par próximo e então se fundem, emitindo ondas gravitacionais.

Enquanto nossas observações fornecem um pedaço importante da evidência da existência dos pares de buracos negros supermassivos, muitas questões sobre esses monstros ainda existem. Tudo isso que é observado são efeitos dos buracos negros na massa ao redor e efeitos indiretos, para provar mesmo que esses pares de buracos negros supermassivos existem, será preciso detectar as ondas gravitacionais desses buracos negros, algo que ainda está um pouco distante.

Os detectores atuais de ondas gravitacionais só podem detectar ondas gravitacionais provenientes de buracos negros de massa estelar. A razão é que eles orbitam um ao redor do outro a uma alta velocidade, o que leva a uma produção de ondas gravitacionais de maior frequência, que nós podemos detectar. A próxima geração dos instrumentos será contudo capaz de registrar ondas gravitacionais de frequência mais baixa, geradas por pares de buracos negros supermassivos. Isso finalmente provaria a existência desses pares. Só nos resta esperar.

Fonte:

https://theconversation.com/supermassive-black-holes-weve-spotted-signs-of-mergers-that-may-finally-help-us-prove-they-exist-105438

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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