Uma equipe internacional de astrônomos liderada pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre identificou três buracos negros supermassivos em processo ativo de acreção na galáxia J0148-4214. A matéria está caindo nos buracos negros a partir dos discos de acreção que os circundam.
A galáxia está localizada a mais de 12,5 bilhões de anos-luz da Terra. A essa distância, a expansão do próprio espaço torna-se aparente. A galáxia, portanto, parece estar se afastando de nós, fazendo com que sua luz se desloque para comprimentos de onda mais longos, resultando em um chamado desvio para o vermelho de z = 5,02.
Usando esse desvio para o vermelho, os pesquisadores calcularam a enorme distância da galáxia. Ela está tão distante que sua luz viajou por 12,5 bilhões de anos. Portanto, estamos vendo a galáxia como ela era apenas cerca de 1,2 bilhão de anos após o Big Bang.
“Esta é a primeira evidência de três buracos negros ativos em uma única galáxia no universo distante”, afirma Hannah Übler, líder do grupo de pesquisa do MPE e principal autora do estudo.
A pesquisa foi publicada na revista Astronomy & Astrophysics .
Dois deles estão localizados no centro galáctico e separados por apenas 620 anos-luz em projeção. Um terceiro buraco negro está localizado na região externa da galáxia, a uma distância de aproximadamente 5.500 anos-luz do centro. “Isso sugere que os processos no início do universo foram eficientes em aproximar buracos negros massivos, preparando o terreno para as fusões de buracos negros massivos que esperamos detectar com os futuros observatórios de ondas gravitacionais”, afirma Übler.
Teorias da evolução das galáxias — baseadas em observações — sugerem que, no início da história do universo, as galáxias se aproximaram muito umas das outras e se fundiram. Nesse processo, buracos negros em seus centros também se fundiram, dando origem a buracos negros ainda mais massivos nos centros das galáxias resultantes da fusão.
Os pesquisadores identificaram os buracos negros por meio de suas impressões digitais espectrais: as assinaturas de átomos de hidrogênio se movendo em alta velocidade no potencial gravitacional dos buracos negros. Na região central, o espectro exibe uma estrutura complexa que é melhor explicada pela presença de dois buracos negros muito próximos.
Para separar as duas fontes centrais, a equipe aplicou espectroastrometria, uma técnica que mede com precisão as variações espaciais na emissão de linhas ao longo da galáxia. Isso possibilitou determinar as posições dos buracos negros, embora eles não possam ser resolvidos espacialmente como fontes pontuais separadas. Um terceiro buraco negro foi detectado na região externa.
A análise indica massas de buracos negros de aproximadamente 80 milhões, 0,6 milhões e 2 milhões de massas solares. O buraco negro mais massivo está acumulando matéria a uma taxa menor do que o buraco negro próximo, com massa de 0,6 milhões de massas solares, que está se alimentando ativamente e até mesmo excedendo a taxa máxima de acreção prevista pelas teorias básicas de crescimento de buracos negros (o limite de Eddington).
“Os dados do JWST nos permitiram não apenas identificar os três buracos negros, mas também estimar suas massas, taxas de acreção e a massa estelar da galáxia”, afirma Dr. Giovanni Mazzolari, segundo autor do estudo e pesquisador do MPE. “Encontramos uma massa estelar total de cerca de 1,3 bilhão de massas solares, e os buracos negros representam uma fração significativa disso.”
Espera-se que o par de buracos negros central se funda dentro das próximas centenas de milhões de anos. “Esses resultados são extremamente empolgantes”, acrescenta Roberto Maiolino, professor da Universidade de Cambridge e coautor do estudo. “Eles sugerem que a fusão de buracos negros pode ser uma rota adicional e rápida para seu crescimento acelerado no início do universo.”
O terceiro buraco negro, localizado fora do núcleo, pode ser o remanescente de uma fusão anterior, ter sido deslocado do centro por um recuo gravitacional ou estar atualmente migrando para o interior.
Essas observações demonstram que a espectroscopia de campo integral é uma ferramenta importante para identificar múltiplos buracos negros ativos em galáxias distantes. Sem a informação espacialmente resolvida fornecida pelo NIRSpec-IFS, provavelmente apenas um dos três buracos negros teria sido detectado.
Fonte: Instituto Max Planck
