(Crédito da imagem: Hannah Übler)
Um trio de buracos negros massivos está envolvido numa dança de morte na qual todos podem gradualmente fundir-se num gigante ainda maior.
Os cientistas descobriram isso Buracos negros em um galáxia Está tão longe que a sua luz levou 12,5 mil milhões de anos para chegar até nós, o que significa que a vemos como estava há menos de 1,3 mil milhões de anos depois. Big Bang. E fornece fortes evidências de que os buracos negros no universo primitivo cresceram tão massivamente e tão rapidamente, entre outras coisas, através de fusões.
“Esta é a primeira evidência de três buracos negros ativos em uma única galáxia no universo distante”, disse Hannah Übler, astrônoma do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha, que liderou o estudo, em um comunicado. opinião. “Isso sugere que os processos no universo primitivo foram eficientes na fusão de buracos negros massivos, preparando o terreno para as fusões massivas de buracos negros que provavelmente observaremos no futuro.” Onda gravitacional Observatórios.
A galáxia onde estão localizados os buracos negros tem o número de catálogo J0148-4214 e está tão distante (seu Desvio para o vermelho é 5,0167) que o Telescópio Espacial James Webb (JWST), que fez a descoberta, não conseguiu ver os buracos negros diretamente. Em vez disso, a Unidade Integrada de Espectroscopia de Campo do Espectrômetro de Infravermelho Próximo (NIRSpec) do JWST mediu o movimento do gás hidrogênio girando em alta velocidade nos discos de acreção que cercam cada buraco negro.
“Os dados do JWST permitiram-nos não só identificar os três buracos negros, mas também estimar as suas massas, taxas de acreção e a massa estelar da galáxia”, disse Giovanni Mazzolari, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, no comunicado. “Encontramos uma massa estelar total de cerca de 1,3 mil milhões.” Sóise os buracos negros constituem uma parte significativa disso.”
Dois dos buracos negros estão localizados no centro de J0148-4214, separados por 620 metros. anos-luz. Um desses buracos negros tem uma massa enorme de 80 milhões de vezes massa do nosso solenquanto seu companheiro é relativamente pequeno, com 600.000 massas solares. Mas apesar do seu pequeno tamanho, o buraco negro mais pequeno está a crescer a uma velocidade enorme, acumulando gás mais rapidamente do que o limite de Eddington. Esta é a velocidade máxima teórica à qual o material pode cair num buraco negro; Se a taxa for ainda mais elevada, o disco de acreção em torno do buraco negro torna-se tão denso e quente que a radiação sopra material para fora do disco, suprimindo o frenesim de alimentação do buraco negro. Isto significa que o buraco negro mais pequeno só pode continuar a crescer a este ritmo durante um curto período de tempo antes de o feedback negativo chegar ao fim.
O terceiro buraco negro está a 5.500 anos-luz do centro de J0148-4214 e tem uma massa dois milhões de vezes maior que a massa do nosso Sol. Isso é cerca de metade da massa buraco negro supermassivo no centro do nosso Via Láctea galáxia, chamada Sagitário A*. Acredita-se que este terceiro buraco negro, e possivelmente o segundo também, tenha chegado ao J0148-4214 através de fusões entre galáxias.
“Estes resultados são extremamente entusiasmantes”, disse Roberto Maiolini, da Universidade de Cambridge, que esteve envolvido nos resultados. “Eles sugerem que as fusões de buracos negros podem ser um caminho adicional e rápido para o seu rápido crescimento no Universo primordial.”
As fusões entre buracos negros produzem explosões de ondas gravitacionais. Detectores de ondas gravitacionais atuais – incluindo o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser (LIGO) nos Estados Unidos, Virgo na Itália e KAGRA no Japão – são capazes de detectar ondas gravitacionais de alta frequência e ondas curtas provenientes da fusão de buracos negros de massa estelar, como as produzidas em certos casos Supernova Explosões. A detecção de ondas gravitacionais de comprimento de onda muito mais longo e de frequência mais curta produzidas pela fusão de buracos negros supermassivos como os de J0148-4214 requer um detector baseado no espaço com uma linha de base de vários milhões de quilômetros de comprimento.
A Agência Espacial Europeia está planejando o lançamento para este fim LISAa antena espacial do interferômetro a laser. Se tudo correr conforme o planejado, em meados da década de 2030. O LISA incluirá três naves espaciais numa formação triangular, com cada lado do triângulo com 1,55 milhões de milhas (2,5 milhões de quilómetros) de comprimento. As três espaçonaves irão irradiar umas às outras com feixes de laser, procurando desvios nos tempos de viagem desses feixes de laser que possam servir como evidência da passagem de uma onda gravitacional de onda longa.
No entanto, há uma ressalva em relação ao J0148-4214: o terceiro buraco negro pode não estar em rota de colisão com os outros dois. Em vez disso, poderia deixar a galáxia.
É o clássico Problema dos três corpos: Como interagem três objetos orbitando um ao outro?
Os dois buracos negros menores podem ter entrado em J0148-4214 como um par binário. Então, à medida que se aproximavam do buraco negro de 80 milhões de massas solares, o buraco negro mais massivo poderia ter agarrado o buraco negro de 600.000 massas solares enquanto trocava momento angular com o buraco negro de dois milhões de massas solares e o atirava fora a alta velocidade. Observamos um efeito semelhante na nossa galáxia, com estrelas saindo da Via Láctea em alta velocidade. Estas estrelas rápidas faziam parte de um par binário que se aproximou demasiado de Sagitário A*, o buraco negro no centro da nossa galáxia. Metade da estrela binária foi capturada pelo buraco negro e a outra metade foi jogada fora.
Atualmente não há como medir a direção do movimento do terceiro buraco negro em J0148-4214 e confirmar se ele se fundirá com os outros dois buracos negros ou escapará. Se escapasse, ainda poderia estar vagando sozinho e obscuro no espaço intergaláctico, 12,5 bilhões de anos depois.
Os resultados são apresentados na revista Astronomia e astrofísica.
