Os segredos por trás do par de buracos negros mais massivo já descoberto

Astrônomos acabam de revelar uma descoberta excepcional: um par de buracos negros supermassivos, o mais pesado já observado, com uma massa combinada equivalente à de 28 bilhões de Sóis.

Esses gigantes cósmicos estão localizados em uma galáxia fóssil chamada B2 0402+379, e estão situados a apenas 24 anos-luz um do outro. Apesar dessa proximidade extrema, eles estão engajados em uma dança orbital infinita, sem se aproximar mais, um balé cósmico que dura há mais de 3 bilhões de anos.


Os buracos negros se formam pelo colapso de estrelas gigantescas e aumentam sua massa capturando tudo que passa por sua proximidade, seja gás, poeira, estrelas ou outros buracos negros. No entanto, a maneira como os primeiros buracos negros surgiram ainda é um mistério.

Simulações do "amanhecer cósmico", ou seja, os primeiros bilhões de anos do Universo, sugerem que os buracos negros nasceram de nuvens densas de gás frio e poeira, que se aglomeraram em estrelas tão massivas que estavam destinadas a colapsar rapidamente. Esses buracos negros primordiais então cresceram, atraindo ao redor deles gases que colapsaram para formar as primeiras estrelas de galáxias anãs. À medida que o Universo se expandiu, esses buracos negros se combinaram rapidamente com outros para formar buracos negros supermassivos, formando também galáxias maiores.

A descoberta deste par de buracos negros foi possível graças aos dados arquivados coletados pelo telescópio Gemini North no Havaí. Usando um espectrógrafo para decompor a luz das estrelas em cores distintas, os cientistas identificaram luzes provenientes de estrelas acelerando ao redor dos buracos negros. A galáxia B2 0402+379, uma "aglomeração fóssil", resulta da fusão de um aglomerado inteiro de estrelas e gás em uma única galáxia gigantesca.

Os pesquisadores estimam que a fusão dos buracos negros dentro de galáxias em fusão ocorre ao entrarem em órbita um ao redor do outro, e então se aproximando gradualmente à medida que sua dança dissipam o momento angular acelerando as estrelas vizinhas (veja explicação abaixo). Contudo, este par de buracos negros, devido à sua massa gigantesca, parece ter esgotado todo o material capaz de desacelerá-los, deixando sua fusão em suspenso.

Os pesquisadores preveem investigações adicionais no coração de B2 0402+379 para estudar a quantidade de gás presente, oferecendo assim um vislumbre adicional sobre a possibilidade de uma futura fusão dos buracos negros supermassivos, ou se, ao contrário, eles permanecerão eternamente como um duo.

A dissipação do momento angular nos sistemas de buracos negros supermassivos

O conceito de dissipação do momento angular é essencial para a compreensão da evolução dos sistemas binários de buracos negros supermassivos e sua fusão eventual. O momento angular, em física, é uma medida da quantidade de rotação de um objeto em torno de um ponto. No contexto de buracos negros supermassivos em órbita um do outro, ele desempenha um papel crucial na dinâmica de sua interação.

Quando dois buracos negros se aproximam em uma galáxia, eles começam a se atrair mutuamente devido à sua forte gravidade. Orbitando um ao redor do outro, eles formam um sistema binário. Contudo, para que esses buracos negros fusionem, eles devem primeiro se aproximar o suficiente. Para isso, o sistema deve perder energia e momento angular. O momento angular os mantém em órbita a uma certa distância, e sem sua dissipação, eles continuariam a girar indefinidamente sem nunca fusionar.

A dissipação do momento angular pode ocorrer de várias maneiras.

Um método chave em ambientes galácticos envolve a interação dinâmica com as estrelas vizinhas. Enquanto os buracos negros em órbita se aproximam das estrelas de sua galáxia hospedeira, suas forças gravitacionais perturbam as órbitas estelares. Essas interações podem impulsionar algumas estrelas a velocidades mais altas, ejetando-as do sistema galáctico, ao mesmo tempo em que permitem que os buracos negros se aproximem. Esse processo transfere parte do momento angular do sistema binário para as estrelas vizinhas, reduzindo assim o momento angular total dos buracos negros e permitindo uma aproximação progressiva.

Outro método de dissipação do momento angular, especialmente relevante a distâncias muito próximas, é a emissão de ondas gravitacionais. Quando os buracos negros alcançam proximidade suficiente, a intensa deformação do espaço-tempo ao redor deles gera ondas gravitacionais que podem ser suficientemente energéticas para levar consigo uma parte significativa da energia e momento angular do sistema, permitindo que os buracos negros finalmente fusionem.

Portanto, a dissipação do momento angular é um processo fundamental que permite que buracos negros supermassivos se aproximem e fusionem, um fenômeno que tem implicações profundas para nossa compreensão da evolução das galáxias e da estrutura do Universo.