Astrônomos avistaram 2 buracos negros supermassivos à beira de uma colisão épica: ScienceAlert

Os astrônomos detectaram um colapso cósmico em um objeto gigante apenas 3 bilhões de anos após o Big Bang, apenas esperando para acontecer.

Uma galáxia chamada J0749 + 2255 é na verdade duas galáxias se fundindo em uma, e não tem uma, mas dois buracos negros supermassivos que se alimentam ativamente. Coincidentemente, esses dois buracos negros estão em rota de colisão, separados por uma distância relativamente pequena de apenas 10.000 anos-luz.

Não é a primeira vez que vemos um buraco negro supermassivo em colisão iminente, mas J0749+2255 é uma joia rara. Foi descoberto no início do universo, e ambos os buracos negros são quasares extremamente ativos.

É uma descoberta que pode ajudar os cientistas a trabalhar no mistério contínuo e irritante de como os buracos negros supermassivos crescem a tamanhos tão enormes.

“Não vemos muitos quasares binários neste ponto inicial do universo. E é por isso que essa descoberta é tão empolgante.” diz Astrônomo Yu-Ching Chen da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes do universo. Eles contêm um núcleo galáctico ativo – o centro de uma galáxia que hospeda um buraco negro supermassivo que está consumindo ativamente grandes quantidades de material.

Os buracos negros não emitem nenhuma luz própria que possamos ver atualmente. A enorme quantidade de material girando em torno do buraco negro é aquecida por extrema fricção e gravidade, de modo que não apenas brilha, mas também queima através dos vastos abismos escuros do tempo e do espaço.

Muitas galáxias no Universo primitivo são galáxias quasares, e algumas no Universo próximo têm dois ou até três quasares em seus centros. Isso acontece quando as galáxias colidem e se fundem, cada uma com seu próprio buraco negro supermassivo. Os dois buracos negros cairão um em direção ao outro e eventualmente se fundirão no que acreditamos ser um buraco negro supermassivo muito grande.

Mas essas fusões são um pouco mais difíceis de detectar no início do Universo. A luz de J0749+2255 viajou mais de 10 bilhões de anos para chegar até nós; O que vemos da galáxia é bastante pequeno e escuro em comparação com o que está muito mais próximo de nós. A esta distância, o espaço entre os buracos negros supermassivos mantidos juntos pela gravidade é tipicamente muito pequeno para ser visto pelos nossos instrumentos atuais.

Uma leve variação na luz de J0749+2255, detectada pelo telescópio Gaia, sugeriu que pode haver mais coisas acontecendo na galáxia do que aparenta… mas havia várias causas possíveis, o quasar duplo era uma delas. A equipe teve que cavar muito mais fundo para descobrir o que realmente estava acontecendo.

“O processo de confirmação não foi fácil, e levamos uma série de telescópios cobrindo o espectro de raios-X ao rádio para finalmente confirmar que este sistema é de fato um par de quasares, em vez de dizer duas imagens de um quasar com lentes gravitacionais, ” diz Astrônomo Yue Shen da Universidade de Illinois.

E J0749+2255 é algo especial. Como ambos os buracos negros são quasares, eles brilham o suficiente para diferenciá-los. E eles ainda não estão próximos o suficiente para serem um binário ligado gravitacionalmente, o que significa que estão separados o suficiente para a dissolução individual.

Usando observações de uma variedade de telescópios terrestres e espaciais, Chen e seus colegas analisaram a luz de J0749+2255. Eles descobriram que os dois buracos negros provavelmente evoluirão para um binário apertado gravitacionalmente em cerca de 220 milhões de anos. A órbita decadente deste binário acabará resultando em uma colisão e fusão em um buraco negro ainda mais massivo.

(Eles provavelmente já colidiram, mas este evento não tem sentido para nós aqui e agora; é por isso que os astrônomos fazem tais previsões no tempo presente.)

Os pesquisadores também descobriram que os dois buracos negros são chonkers relativos, atingindo cerca de 1,26 bilhões de massas solares e 1,58 bilhões de massas solares, respectivamente. Esses resultados podem nos dizer algo sobre a taxa de buracos negros supermassivos binários no Universo primitivo – o que ajudaria os astrônomos a entender a evolução de novos buracos negros que podem ter muitos bilhões de massas solares.

Há muito mais para descobrir, mas J0749+2255 é um passo significativo.

“Estamos começando a revelar esta ponta do iceberg da população de quasares binários iniciais”, disse. diz o astrônomo Xin Liu pela Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

“Essa é a singularidade deste estudo. Na verdade, isso nos diz que essa população existe e agora temos uma maneira de identificar quasares binários que são menores do que o tamanho de uma única galáxia à parte”.

A pesquisa foi publicada em Natureza.