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A investigação poderá resolver o mistério de como os buracos negros supermassivos cresceram tanto no universo primitivo.
Usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Observatório de Raios-X Chandra, os astrónomos têm caçado buracos negros “errantes” à deriva através de galáxias anãs. A descoberta destes buracos negros rebeldes em galáxias tão pequenas poderia fornecer um “registo fóssil” que ajuda a explicar como os buracos negros supermassivos cresceram até atingirem massas de milhões ou mesmo milhares de milhões de vezes a do Sol.
Buracos negros supermassivos são encontrados no coração de todas as grandes galáxias, e o Telescópio Espacial James Webb (JWST) tem descoberto cada vez mais esses titãs cósmicos que já existiam quando o cosmos tinha menos de 1 bilhão de anos. Isto é problemático porque os processos de fusão e alimentação que se pensa explicarem o crescimento de buracos negros supermassivos deve levar mais de 1 bilhão de anos para se concretizar. Uma possível explicação para isso é que o processo que gera buracos negros supermassivos pode começar com as chamadas “sementes de buraco negro” que dão um avanço a esses processos de crescimento. Estas sementes, classificadas como “pesadas” ou “leves”, revelaram-se indescritíveis nas galáxias do Universo primitivo.
Em galáxias massivas, os buracos negros supermassivos centrais podem ser silenciosos, como o buraco negro supermassivo da Via Láctea Sagitário A* (Sgr A*), ou podem estar se alimentando vorazmente do gás e da poeira circundantes, criando um ambiente violento e turbulento que os astrônomos chamam de Núcleo Galáctico Ativo (AGN). Esses AGNs são brilhantes, emitindo luz em todo o espectro eletromagnético.
A equipe por trás desta investigação aponta que a grande maioria dos buracos negros encontrados em galáxias anãs estão em acreção (ganhando material e massa) e foram identificados como residindo em AGNs.
“Em comparação com galáxias mais massivas, as galáxias anãs podem ter densidades estelares centrais mais baixas e poços potenciais de formato mais irregular”, disse a líder da equipe Megan R. Sturm, da Montana State University, ao Space.com. “Como resultado, se um buraco negro se formar nos confins da sua galáxia hospedeira, é pouco provável que alguma vez desça em espiral até ao centro. Alguns investigadores até previram que aproximadamente metade de todos os buracos negros em galáxias anãs estão a vaguear.
“Se for este o caso, os levantamentos de todo o céu apontados para os centros das galáxias podem simplesmente não ter em conta uma grande população de galáxias anãs que albergam buracos negros massivos. Isto tem implicações importantes para a fração de buracos negros nesta gama de massas e, portanto, para a formação de buracos negros através da propagação.”
Vendo AGNs descentralizados sob uma luz diferente
O problema com a detecção de buracos negros errantes nessas pequenas galáxias é o fato de que esses AGNs de galáxias anãs precisam ser distinguidos de outras fontes de radiação, como regiões de intensa formação estelar ou “explosões estelares”, e de explosões de supernovas. Isso pode ser feito investigando essas regiões em vários comprimentos de onda de luz diferentes.
“Observar buracos negros massivos no regime anão pode ser um processo complicado. Como a luminosidade máxima de um AGN é proporcional à sua massa, os AGNs em galáxias anãs são geralmente mais escuros do que os seus homólogos de massa mais elevada,” disse Sturm. “Além disso, os AGNs de baixa luminosidade/baixa massa podem não ter uma região de linha larga tradicional ou ter linhas largas que são fracas e difíceis de detectar. Isto torna-os mais difíceis de ver e mais fáceis de confundir com outros objetos estelares ou processos relacionados com a formação de estrelas.”
Essa equipe usou Chandra e Hubble para estudar 12 galáxias anãs nas quais AGNs já haviam sido detectados em ondas de rádio. Oito destes AGNs pareciam estar deslocados dos centros das suas galáxias hospedeiras anãs, ou “não nucleares”, indicando que poderiam abrigar buracos negros errantes.
“Geralmente, os buracos negros supermassivos residem no núcleo de galáxias massivas. No entanto, oito das galáxias anãs da nossa amostra exibiram emissões de rádio compactas originadas de fora do núcleo óptico da galáxia, compensadas em cerca de um a dois quiloparsecs (um quiloparsec equivale a cerca de 3.262 anos-luz) e, em alguns casos, inteiramente fora da galáxia hospedeira”, disse Sturm. “Estes são candidatos potencialmente a buracos negros ‘errantes’. Embora estes candidatos a AGN errantes tenham sido observados em frequências de rádio, a obtenção de observações semelhantes a AGN em comprimentos de onda ópticos ou de raios-X confirmaria a presença de um AGN.”
Sturm explicou que ela e seus colegas conseguiram detectar uma dessas fontes, designada ID 64, em luz óptica com o Hubble e em raios X com o Chandra. No entanto, isto revelou que na verdade é um AGN muito mais distante que simplesmente se alinha com esta galáxia anã da nossa perspectiva.
“Sete galáxias na nossa amostra não detectaram significativamente homólogos ópticos/de raios-X. No entanto, continua a ser uma possibilidade que estes sejam buracos negros errantes que estão isolados ou residem em aglomerados estelares globulares ou nucleares que estão simplesmente abaixo dos nossos limites de detecção do Hubble,” continuou ela. “Também permanece a possibilidade de que sejam intrusos de fundo, com alto desvio para o vermelho, que se sobrepõem às nossas galáxias no céu, como é o caso da ID 64.”
Determinar se estas sete galáxias albergam de facto buracos negros errantes ou se estes sinais de rádio são o resultado de AGNs mais distantes poderia envolver a ajuda do JWST, o telescópio espacial irmão do Hubble, avaliado em 10 mil milhões de dólares.
“Identificar a origem das fontes de rádio não nucleares para os restantes sete candidatos a buracos negros errantes pode ser possível com as excelentes capacidades do JWST”, disse Sturm. “Com uma resolução mais alta, o JWST poderia potencialmente observar a fonte da emissão de rádio compacta, seja ela o núcleo de uma galáxia anã/aglomerado de estrelas perturbado dentro da galáxia hospedeira ou uma galáxia de fundo com alto desvio para o vermelho.”
Os resultados da equipe são publicados em o Jornal Astrofísico.
