Um esforço para encontrar alguns dos maiores e mais ativos buracos negros do universo fornece uma estimativa melhor da proporção entre gigantes ocultos e não ocultos.
Vários telescópios da NASA ajudaram recentemente os cientistas a procurar buracos negros supermassivos no céu – aqueles até milhares de milhões de vezes mais pesados que o Sol. A nova pesquisa é única porque era tão provável encontrar buracos negros massivos que estão escondidos atrás de espessas nuvens de gás e poeira como aqueles que não estão.
Os astrónomos pensam que toda grande galáxia do Universo tem um buraco negro supermassivo no seu centro. Mas testar esta hipótese é difícil porque os investigadores não podem esperar contar os milhares de milhões ou mesmo biliões de buracos negros supermassivos que se pensa existirem no Universo. Em vez disso, têm de extrapolar a partir de amostras mais pequenas para aprenderem sobre a população maior. Portanto, medir com precisão a proporção de buracos negros supermassivos ocultos em uma determinada amostra ajuda os cientistas a estimar melhor o número total de buracos negros supermassivos no universo.
O novo estudo publicado no Astrophysical Journal descobriu que cerca de 35% dos buracos negros supermassivos estão fortemente obscurecidos, o que significa que as nuvens de gás e poeira circundantes são tão espessas que bloqueiam até mesmo a luz de raios X de baixa energia. Pesquisas comparáveis descobriram anteriormente que menos de 15% dos buracos negros supermassivos estão tão obscurecidos. Os cientistas acham que a verdadeira divisão deveria estar mais próxima de 50/50 com base em modelos de como as galáxias crescem. Se as observações continuarem a indicar que significativamente menos de metade dos buracos negros supermassivos estão ocultos, os cientistas terão de ajustar algumas ideias-chave que têm sobre estes objetos e o papel que desempenham na formação das galáxias.
Tesouro Escondido
Embora os buracos negros sejam inerentemente escuros – nem mesmo a luz consegue escapar da sua gravidade – eles também podem ser alguns dos objetos mais brilhantes do universo: quando o gás é puxado para a órbita em torno de um buraco negro supermassivo, como a água circulando por um ralo, a gravidade extrema cria fricção e calor tão intensos que o gás atinge centenas de milhares de graus e irradia tão intensamente que pode ofuscar todas as estrelas da galáxia circundante.
As nuvens de gás e poeira que circundam e reabastecem o disco central brilhante podem assumir aproximadamente a forma de um toro ou donut. Se o buraco do donut estiver voltado para a Terra, o disco central brilhante dentro dele será visível; se o donut for visto de lado, o disco fica obscurecido.
Um buraco negro supermassivo rodeado por um toro de gás e poeira é representado em quatro comprimentos de onda diferentes de luz neste conceito artístico. A luz visível (canto superior direito) e os raios X de baixa energia (canto inferior esquerdo) são bloqueados pelo toro; infravermelho (canto superior esquerdo) é… Crédito: NASA/JPL-Caltech” A maioria dos telescópios pode facilmente identificar buracos negros supermassivos frontais, embora não os de lado. Mas há uma exceção a isso que os autores do novo artigo aproveitou: O toro absorve luz da fonte central e reemite luz de baixa energia na faixa infravermelha (comprimentos de onda um pouco maiores do que os olhos humanos podem detectar. Essencialmente, os donuts brilham no infravermelho).
Esses comprimentos de onda de luz foram detectados pelo Satélite Astronômico Infravermelho da NASA, ou IRAS, que operou durante 10 meses em 1983 e foi gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. Um telescópio de rastreio que fotografou todo o céu, o IRAS foi capaz de ver as emissões infravermelhas das nuvens que rodeiam os buracos negros supermassivos. Mais importante ainda, ele poderia detectar buracos negros de lado e de frente igualmente bem.
O IRAS capturou centenas de alvos iniciais. Descobriu-se que alguns deles não eram buracos negros fortemente obscurecidos, mas galáxias com altas taxas de formação de estrelas que emitem um brilho infravermelho semelhante. Assim, os autores do novo estudo usaram telescópios terrestres de luz visível para identificar essas galáxias e separá-las dos buracos negros ocultos.
Para confirmar buracos negros fortemente obscurecidos, os pesquisadores confiaram no NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA, um observatório de raios X também gerenciado pelo JPL. Os raios X são irradiados por alguns dos materiais mais quentes ao redor do buraco negro. Os raios X de energia mais baixa são absorvidos pelas nuvens de gás e poeira circundantes, enquanto os raios X de energia mais alta observados pelo NuSTAR podem penetrar e espalhar-se pelas nuvens. A detecção destes raios X pode levar horas de observação, por isso os cientistas que trabalham com o NuSTAR precisam primeiro de um telescópio como o IRAS para lhes dizer para onde olhar.
O telescópio de raios X NuSTAR da NASA, representado neste conceito artístico, ajudou os astrónomos a ter uma noção melhor de quantos buracos negros supermassivos estão escondidos da vista por espessas nuvens de gás e poeira que os rodeiam.
Crédito: NASA/JPL-Caltech” “Fico surpreso com a utilidade do IRAS e do NuSTAR para este projeto, especialmente apesar do IRAS estar operacional há mais de 40 anos”, disse o líder do estudo Peter Boorman, astrofísico do Caltech em Pasadena, Califórnia. “Eu acho que isso mostra o valor legado dos arquivos dos telescópios e o benefício de usar vários instrumentos e comprimentos de onda de luz juntos.”
Vantagem Numérica
Determinar o número de buracos negros ocultos em comparação com os não ocultos pode ajudar os cientistas a compreender como é que estes buracos negros se tornam tão grandes. Se crescerem consumindo material, então um número significativo de buracos negros deverá estar rodeado por nuvens espessas e potencialmente obscurecido. Boorman e seus co-autores dizem que seu estudo apoia esta hipótese.
Além disso, os buracos negros influenciam as galáxias em que vivem, principalmente ao impactar o modo como as galáxias crescem. Isto acontece porque os buracos negros rodeados por enormes nuvens de gás e poeira podem consumir grandes – mas não infinitas – quantidades de material. Se muita coisa cair em direção a um buraco negro de uma só vez, o buraco negro começa a expelir o excesso e a enviá-lo de volta para a galáxia. Isso pode dispersar nuvens de gás dentro da galáxia onde as estrelas estão se formando, diminuindo a taxa de formação de estrelas ali.
“Se não tivéssemos buracos negros, as galáxias seriam muito maiores”, disse Poshak Gandhi, professor de astrofísica na Universidade de Southampton, no Reino Unido, e co-autor do novo estudo. “Portanto, se não tivéssemos um buraco negro supermassivo na nossa galáxia, a Via Láctea, poderia haver muito mais estrelas no céu. Este é apenas um exemplo de como os buracos negros podem influenciar a evolução de uma galáxia.”
Mais sobre NuSTAR
Uma missão Small Explorer liderada pela Caltech e gerenciada pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia para a Diretoria de Missões Científicas da agência em Washington, o NuSTAR foi desenvolvido em parceria com a Universidade Técnica Dinamarquesa e a Agência Espacial Italiana (ASI). A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. O centro de operações da missão NuSTAR está na Universidade da Califórnia, Berkeley, e o arquivo oficial de dados está no Centro de Pesquisa de Arquivos Científicos de Astrofísica de Alta Energia da NASA, no Goddard Space Flight Center da NASA. ASI fornece a estação terrestre da missão e um arquivo de dados espelhados. Caltech gerencia JPL para NASA.
