Os astrónomos utilizaram o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para fazer uma descoberta verdadeiramente alucinante: um buraco negro fugitivo com 10 milhões de vezes o tamanho do Sol, viajando pelo espaço a 2,2 milhões de milhas por hora (1.000 quilómetros por segundo).
Isto não só o torna o primeiro buraco negro supermassivo em fuga confirmado, mas o objeto é um dos corpos que se movem mais rapidamente já detectados, disparando através da sua casa até um par de galáxias chamadas “.Coruja Cósmica“cerca de 3.000 vezes a velocidade do som ao nível do mar na Terra. Se isso não fosse impressionante o suficiente, o buraco negro empurra para frente um objeto de “choque de arco” de tamanho verdadeiramente galáctico à sua frente, enquanto puxa gás com 200.000 anos-luz de comprimento, formando uma cauda estelar atrás dele.
“Este é o único buraco negro encontrado até agora longe da sua antiga casa”, disse van Tockum. “Isto torna (um) buraco negro supermassivo em fuga o melhor candidato, mas o que falta é a confirmação. Tudo o que temos é difícil de explicar de qualquer outra forma. Com o JWST, temos agora a confirmação de que existe de facto um buraco negro na ponta da sequência, saindo rapidamente do seu antigo hospedeiro.”
Como encontrar um fugitivo
Este buraco negro supermassivo em fuga foi agora confirmado Identificado pela primeira vez por van Tockum e colegas de trabalho Usado novamente em 2023 Telescópio Espacial Hubble, Um grande corpo foi visto passando pelo espaço. É claro que, como todos os buracos negros, esta pista está ligada a uma superfície unidirecional de captação de luz chamada horizonte de eventos, que é difícil de detectar.
“Um buraco negro é negro – e é muito difícil de detetar quando se move através do espaço vazio. Vimos matéria devido ao impacto que o caminho do buraco negro tem na sua vizinhança: sabemos agora que ele envia uma onda de choque para o gás em movimento.” Com o JWST, detectámos um grande deslocamento de gás na esteira, onde o buraco negro o empurra. As assinaturas de choque são claras e não há dúvidas do que se passa aqui.” O gás é empurrado lateralmente pelo buraco negro supermassivo a centenas de milhares de quilómetros por hora (centenas de quilómetros por segundo), uma assinatura cinética que a equipa viu com o JWST.
“A velocidade do gás deslocado está diretamente relacionada com a velocidade do buraco negro, e foi assim que determinamos a velocidade do buraco negro a partir dos dados do JWST”, disse van Dokum. “Ele está se movendo mais rápido do que qualquer outro objeto no universo, aproximadamente 1.000 km por segundo. Foi essa alta velocidade que permitiu ao buraco negro escapar da atração gravitacional de seu antigo lar.”
Como é que um buraco negro supermassivo “fica mal”?
Dois mecanismos possíveis poderiam levar à expulsão de um buraco negro supermassivo do coração da sua própria galáxia, explicou van Dokham. Ambos os cenários começam quando duas galáxias colidem e começam a fundir-se, cada uma trazendo o seu próprio buraco negro supermassivo para o esmagamento cósmico. Ambos os processos são iniciados quando buracos negros supermassivos atingem o centro de uma galáxia recém-formada.
“O primeiro mecanismo é que os dois buracos negros se fundem, e a radiação gravitacional (ondas gravitacionais) emitida nessa fusão dá ao buraco negro recém-formado um impulso poderoso. Esse impulso pode dar ao buraco negro uma velocidade de 1.000 km/s para ejetá-lo”, disse van Dokum. “Uma segunda interação de três corpos. Ocorre quando uma das duas galáxias tem um par Buracos negros binários Em sua essência. Quando o terceiro buraco negro entra no sistema binário, torna-se instável e um dos três buracos negros é ejetado do sistema.”
A equipe acredita que este é o primeiro avistamento de um buraco negro supermassivo em fuga neste evento. Isto levaria à ausência de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, o que provavelmente não terá grande impacto na galáxia, disse van Tockum. No entanto, este buraco negro supermassivo em fuga teria um enorme impacto em qualquer outra galáxia que encontrasse enquanto viajava pelo espaço.
“Um encontro com outra galáxia seria muito espetacular, muito provavelmente por causa da enorme onda de choque em escala galáctica que precedeu o buraco negro”, continuou Van Tockum. “Quando esta onda de choque encontra o gás denso de outra galáxia, comprime e choca esse gás, criando muitas novas estrelas. Vai ser fantástico!”
Felizmente, as galáxias de dois anéis que compõem a Coruja Cósmica estão localizadas a cerca de 9 mil milhões de anos-luz de distância, o que significa que mesmo que este titã cósmico em fuga estivesse a vir na nossa direção, não teríamos de nos preocupar com a possibilidade de ele nos alcançar.
As fusões entre galáxias são comuns, ocorrendo várias vezes durante a vida de uma galáxia. Ou seja, buracos negros supermassivos ejetados também podem ser mais comuns, embora os números populacionais variem dependendo de como essas colisões são modeladas.
“As fusões ocorrem frequentemente na vida de uma galáxia; todas as galáxias do tamanho e da massa da Via Láctea experimentaram muitas durante a sua vida. Portanto, os binários dos buracos negros devem formar-se com bastante regularidade. A rapidez com que estes binários se fundem e o impulso resultante ejetam um buraco negro,” disse van Tockum. “Minha visão é empírica: agora que sabemos como procurá-los, podemos encontrar outros exemplos – e então, calculando o número de fugitivos, podemos responder à pergunta diretamente a partir dos dados.
“Tudo nesta pesquisa me surpreendeu! Nunca esperei ver algo assim, e ter isso confirmado pelo JWST é incrível”, disse van Dokum. “Não avaliamos realmente o impacto que estes buracos negros em fuga têm no gás através do qual se movem. Desde então, muitas novas estrelas formaram-se a partir do gás de choque, que é cerca de 100 milhões de vezes mais massivo que o Sol. Este método de formação estelar era até então desconhecido e leva ao caminho de estrelas distantes da Via Láctea.”
O pesquisador da Universidade de Yale explicou que o próximo passo óbvio da equipe seria procurar mais exemplos de buracos negros em órbita.
“É necessária uma imagem espacial para os ver: a esteira destacou-se para nós porque é uma linha fina e, em imagens terrestres, seria demasiado ténue para ser reconhecida,” explicou Van Tockum. “Felizmente, graças às imagens de campo amplo com qualidade do Hubble, ao Telescópio Espacial Romano e ao Euclides ligeiramente escuro. Usar algoritmos de aprendizado de máquina para detectar linhas finas nos dados romanos seria um ótimo projeto!”
A investigação da equipa foi submetida ao The Astrophysical Journal Letters e está atualmente disponível como artigo pré-revisado. arXiv.
