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Segunda-feira, Agosto 8, 2022

2 buracos negros supermassivos estão trancados na órbita mais apertada que já vimos

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Uma dança da morte está ocorrendo no coração de uma galáxia no Universo distante.

A cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância, dois supermassivos buracos negros estão presos em uma órbita tão apertada que colidirão uns com os outros e formarão um buraco negro muito maior no tempo relativamente curto de apenas 10.000 anos.

Isso equivale a uma distância orbital de apenas 0,03 anos-luz, cerca de 50 vezes a distância média entre o Sol e Plutão. No entanto, eles estão se movendo tão rápido que leva apenas dois anos terrestres para os dois objetos completarem uma órbita binária, em comparação com os 248 anos de Plutão.

Existem várias razões pelas quais os binários de buracos negros supermassivos são de interesse dos astrônomos.

Buracos negros supermassivos são encontrados nos centros da maioria das galáxias, os núcleos em torno dos quais tudo gira. Quando duas são encontradas juntas, indica que duas galáxias se juntaram.

Sabemos que esse processo ocorre, então encontrar um binário de buraco negro supermassivo pode nos dizer como ele se parece nos estágios finais.

Binários de buracos negros supermassivos também podem nos dizer algo sobre como esses objetos colossais – milhões a bilhões de vezes a massa do Sol – podem se tornar tão incrivelmente massivos.

As fusões de buracos negros binários são uma maneira pela qual esse crescimento pode ocorrer. Encontrar buracos negros supermassivos binários nos ajudará a entender se é um caminho comum para esse crescimento, e isso pode levar a uma modelagem mais precisa.

O objeto em questão é um quasar, chamado PKS 2131-021. São galáxias nas quais o núcleo galáctico está ativo; isto é, o buraco negro supermassivo está acumulando matéria a uma taxa furiosa, ardendo com o calor gerado pelo atrito e gravidade no material que se agita ao redor do núcleo.

Alguns quasares explodem jatos de plasma quase à velocidade da luz das regiões polares do buraco negro, canalizados e acelerados por linhas de campo magnético ao redor do exterior do objeto. PKS 2131 é um quasar lançando um jato direto na direção da Terra, tornando-o o que chamamos de blazar.

Uma equipe de astrônomos estudando variações de brilho em quasares notou algo estranho sobre o feixe blazar PKS 2131 em frequências de rádio, encontrando a mesma assinatura em dados coletados em 2008. Parecia oscilar em escalas de tempo regulares, seu brilho flutuando com uma onda senoidal quase perfeita padrão nunca antes visto em um quasar.

“PKS 2131 estava variando não apenas periodicamente, mas de forma sinusoidal”, astrônomo Tony Readhead da Caltech disse. “Isso significa que existe um padrão que podemos traçar continuamente ao longo do tempo.”

A trilha parecia terminar quando apenas mais dois picos foram encontrados em dados de arquivo, um em 2005 e outro em 1981. Mas então, em 2021, o projeto despertou o interesse da astrônoma Sandra O’Neill, do Caltech. Ela e uma equipe de pesquisadores revisitaram arquivos de dados para ver até onde eles poderiam rastrear esse padrão estranho.

Eles acertaram em cheio. Nos dados do Observatório Haystack feitos entre 1975 e 1983, mais do padrão emergiu, consistente com o tempo do resto das observações.

“Quando percebemos que os picos e vales da curva de luz detectados nos últimos tempos correspondiam aos picos e vales observados entre 1975 e 1983, sabíamos que algo muito especial estava acontecendo,” O’Neill disse.

De acordo com a análise da equipe, o ‘tique-taque’ regular do sinal é gerado pelo movimento orbital dos dois buracos negros. À medida que eles giram em torno um do outro em escalas de tempo de dois anos, a luz do rádio diminui e aumenta, devido ao movimento orbital do jato, que causa um deslocamento Doppler que aumenta a luz quando o buraco negro está se movendo em nossa direção.

Os dados de arquivo mostram que esta onda senoidal pode ser observada consistentemente por oito anos a partir de 1976, após o que desapareceu por 20 anos. Isso provavelmente ocorreu devido a uma mudança ou interrupção no fornecimento de material que alimenta o buraco negro supermassivo. Após 20 anos, o padrão ressurgiu e continua desde então, cerca de 17 anos, disseram os pesquisadores.

Outro sistema semelhante, o JO 287, sugere que a interpretação é válida. Este blazar tem dois buracos negros supermassivos próximos orbitando um ao outro a cada 12 anos, com uma separação de um terço de um ano-luz. Também mostra flutuações no brilho do rádio, embora de forma mais irregular e sem a forma de onda senoidal.

Embora não estejamos por perto para ver a eventual fusão dos buracos negros supermassivos em PKS 2131, eles podem nos mostrar como procurar sistemas semelhantes. Por sua vez, isso pode nos aproximar da compreensão de como essas colisões colossais ocorrem.

A pesquisa foi publicada em As Cartas do Jornal Astrofísico.



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