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Pesquisando buracos negros em galáxias distantes

Pesquisando buracos negros em galáxias distantes

Buracos negros são animais estranhos no zoológico cósmico. Eles vêm em dois "tipos": estelar e supermassivo. Agora é bem sabido que a maioria das galáxias tem muitos buracos negros de massa estelar espalhados por toda parte. Eles geralmente são criados pela morte de estrelas em explosões de supernovas. Às vezes, são encontrados em sistemas binários, onde um buraco negro e uma anã branca ou algum outro tipo de estrela estão dançando orbital.

A concepção de um artista de um buraco negro de massa estelar (em azul) provavelmente se formou quando uma estrela supermassiva entrou em colapso, alimentando-se de material ejetado por uma estrela próxima. ESA, NASA e Felix Mirabel)

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Os maiores buracos negros, os supermassivos, estão escondidos no coração das galáxias e contêm a massa de milhões ou bilhões de estrelas. Eles passam pelo menos parte do tempo consumindo material em suas vizinhanças imediatas. A maioria dos buracos negros supermassivos que os astrônomos conhecem estão escondidos em galáxias que são agrupadas em aglomerados. O maior encontrado até agora tem a massa de 21 bilhões de sóis e é julgado no centro de uma galáxia no Cluster de Coma. Coma é um enorme conglomerado que fica a 336 milhões de anos-luz de distância da Via Láctea.

O coração do aglomerado de galáxias Coma; uma das galáxias contém o buraco negro mais maciço já encontrado. Esta imagem do HST revela galáxias e aglomerados globulares associados ao núcleo do aglomerado. NASA / ESA / STScI

Esse não foi o único grande por aí. Os astrônomos também encontraram um buraco negro de 17 bilhões de massa solar, agachado no centro de uma galáxia chamada NGC 1600, que está em uma represa cósmica onde existem apenas cerca de 20 galáxias. Como a maioria dos buracos negros realmente grandes vive nas "grandes cidades" (isto é, em aglomerados de galáxias bem populosos), encontrar este nas varas galácticas diz aos astrônomos que algo estranho aconteceu para criá-lo em sua galáxia atual. .

Mesclando galáxias e acúmulos de buracos negros

Então, como um buraco negro monstro é escondido em um aglomerado de galáxias de cidade pequena? Uma explicação possível é que ele se fundiu com outro buraco negro em algum momento do passado distante. No início da história do universo, as interações entre galáxias eram muito mais comuns, construindo interações cada vez maiores a partir das menores.

As colisões de galáxias contribuem para a formação de buracos negros supermassivos. Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble mostra uma colisão chamada Antenas. Durante o curso da colisão, bilhões de estrelas serão formadas e quaisquer buracos negros centrais em cada uma das galáxias em colisão podem se fundir para formar monstros cada vez maiores. NASA / ESA.STScI

Quando duas galáxias se fundem, não apenas suas estrelas, gás e poeira se misturam, mas seus buracos negros centrais (se os tiverem, e a maioria das galáxias) migram para o núcleo da galáxia recém-formada e mais massiva. Lá, eles orbitam um ao outro, tornando-se o que é chamado de "buraco negro binário". Quaisquer estrelas ou nuvens de gás e poeira estão em risco duplo devido à atração gravitacional desses buracos negros. No entanto, esse material pode realmente roubar impulso dos buracos negros (desde que não caia diretamente neles). Quando isso acontece, as estrelas escapam, deixando os buracos negros com menos impulso. Eles começam a se aproximar e, eventualmente, se fundem para criar um gigantesco buraco negro. Ele continua a crescer devorando gás canalizado para o núcleo durante toda a colisão.

Crescendo um buraco negro maciço

Então, como o buraco negro do NGC 1600 ficou tão grande? A explicação mais provável é que estava com muita fome em algum momento de sua vida, levando-o a sugar muito gás e outros materiais.

Esse enorme apetite pode explicar também por que a galáxia hospedeira está em um aglomerado tão pequeno, em comparação com outros buracos negros supermassivos em galáxias no coração de aglomerados muito maiores. NGC 1600 é a galáxia maior e mais massiva do seu grupo. Também é três vezes mais brilhante do que qualquer outra galáxia próxima. Essa enorme diferença de brilho não é algo que os astrônomos viram em outros grupos.

A maior parte do gás da galáxia foi consumida há muito tempo, quando o buraco negro brilhou como um quasar brilhante, devido ao material que entrava nele e que era aquecido em plasma brilhante. Nos tempos modernos, o buraco negro central do NGC 1600 é relativamente silencioso. De fato, os astrônomos chamavam de "gigante adormecido". Isso explica por que não havia sido detectado em estudos anteriores da galáxia. Os astrônomos tropeçaram nesse monstro enorme quando mediam as velocidades das estrelas próximas. O intenso campo gravitacional do buraco negro afeta os movimentos e velocidades das estrelas. Quando os astrônomos pudessem medir essas velocidades, eles poderiam determinar a massa do buraco negro.

Como os astrônomos encontram um buraco negro?

Os astrônomos usaram instrumentos especiais no Observatório Gemini no Havaí para estudar a luz que vem das estrelas perto do buraco negro no NGC 1600. Algumas dessas estrelas estão circulando o buraco negro, e esse movimento aparece na impressão digital da luz das estrelas (chamada de espectro). Outras estrelas tinham movimentos que parecem sugerir que uma vez se aventuraram um pouco demais perto do buraco negro e foram arremessados ​​gravitacionalmente em uma linha mais ou menos reta do núcleo da galáxia. Isso faz sentido, já que telescópio espacial Hubble os dados também mostraram que o núcleo é muito fraco. Você esperaria isso se o buraco negro estivesse lançando estrelas para longe de si mesmo. É possível que o núcleo do NGC 1600 tenha ejetado estrelas suficientes para produzir 40 bilhões de sóis. Isso diz aos astrônomos que há um buraco negro bastante poderoso e massivo escondido no coração desta galáxia, que fica a cerca de 209 milhões de anos-luz da Terra.

Os instrumentos anexados ao Observatório Gemini podem ser usados ​​para estudar as impressões digitais da luz que flui para longe das regiões ao redor dos buracos negros, como o do NGC 1600. Observatório Gemini

Principais Takeaways

  • Buracos negros existem em muitas galáxias. Os núcleos de espirais e elípticos geralmente contêm buracos negros supermassivos.
  • A galáxia elíptica NGC 1600 tem um buraco negro bastante maciço em seu coração.
  • Os astrônomos estão trabalhando para entender por que essa galáxia tem um buraco negro tão grande.

Fontes

  • “Uma visão da galáxia elíptica gigante NGC 1600.”HubbleSite - O Telescópio - Fundamentos do Hubble - Sobre o Edwin Hubble, hubblesite.org/image/3723/news.
  • Dunbar, Brian. "O que é um buraco negro?"NASA, NASA, 21 de maio de 2015, www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html.
  • NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes.