terça-feira, 22 de setembro de 2015

A raridade de pares de buracos negros supermassivos em galáxias

De acordo com um novo estudo por astrônomos que analisaram dados do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) do NSF (National Science Foundation), podem existir menos pares de buracos negros supermassivos orbitantes, nos núcleos de galáxias gigantes, do que se pensava.

galáxias em fusão

© NRAO/AUI/NSF (galáxias em fusão)

Na imagem acima, à esquerda temos a galáxia J0702+5002, que não é uma galáxia em forma de X, cuja forma é provocada por uma fusão. À direita está a galáxia J1043+3131, que é um candidato "genuíno" a um sistema que sofreu fusão.

As galáxias massivas têm buracos negros com milhões de vezes a massa do Sol nos seus centros. Quando duas destas galáxias colidem, os seus buracos negros supermassivos participam numa dança orbital que acaba por resultar na combinação do par. Esse processo é a fonte mais forte das ondas gravitacionais, que há muito tempo são procuradas. Mesmo assim, ainda não foram detectadas diretamente.

"As ondas gravitacionais representam a próxima grande fronteira da astrofísica e a sua detecção conduzirá a novos conhecimentos sobre o Universo," afirma David Roberts da Universidade Brandeis, autor principal da pesquisa.

Os astrônomos de todo o mundo começaram programas para monitorizar pulsares que giram velozmente na Via Láctea, na tentativa de detectar ondas gravitacionais. Estes programas procuram medir mudanças nos sinais dos pulsares, mudanças estas provocadas pela distorção do tecido do espaço-tempo devido às ondas gravitacionais. Os pulsares são estrelas de nêutrons superdensas, que giram muito depressa e que emitem feixes de luz parecidos com os dos faróis e ondas de rádio que permitem a medição precisa das suas taxas de rotação.

Roberts e colegas estudaram uma amostra de galáxias chamadas "radiogaláxias em forma de X," cuja estrutura peculiar indica a possibilidade dos jatos emissores de rádio e das partículas extremamente rápidas expelidas pelos discos de material ao redor dos buracos negros centrais destas galáxias terem mudado de direção. Esta mudança foi provocada provavelmente por uma fusão anterior com outra galáxia, fazendo com que o eixo de rotação do buraco negro, bem como o eixo do jato, mudasse de direção.

Trabalhando com uma lista anterior de 100 destes objetos, recolheram dados de arquivo do VLA para obter imagens novas e mais detalhadas de 52 deles. A sua análise das novas imagens levou-os a concluir que apenas 11 são candidatos "genuínos" a galáxias que se fundiram, fazendo com que os jatos de rádio mudassem de direção. As mudanças dos jatos em outras galáxias têm outras causas.

Extrapolando a partir deste resultado, os astrônomos estimaram que menos de 1,3% das galáxias com emissão de rádio estendida sofreram fusões. Esta taxa é cinco vezes mais baixa do que as estimativas anteriores.

"Isto pode reduzir significativamente o nível de ondas gravitacionais muito longas oriundas de radiogaláxias em forma de X, em comparação com estimativas anteriores," explica Roberts. "Será muito importante relacionar as ondas gravitacionais com objetos que vemos através da radiação eletromagnética, como as ondas de rádio, a fim de avançar a nossa compreensão da física fundamental," acrescentou.

As ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo, foram previstas em 1916 por Albert Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral. As primeiras evidências de tais ondas surgiram de um pulsar em órbita de outra estrela, um sistema descoberto em 1974 por Joseph Taylor e Russell Hulse. As observações deste par ao longo de vários anos mostram que as suas órbitas estão decaindo exatamente à taxa prevista pelas equações de Einstein, o que indica que as ondas gravitacionais transportam energia para longe do sistema.

Por este trabalho, Taylor e Hulse receberam em 1993 o Prêmio Nobel da Física, que confirmou o efeito previsto das ondas gravitacionais. No entanto, ainda não foi feita a detecção direta destas ondas.

Roberts trabalhou com Jake Cohen e Jing Lu, alunos de Brandeis que recolheram os dados de arquivo do VLA e produziram as imagens das galáxias; e Lakshmi Saripalli e Ravi Subrahmanyan do Instituto de Pesquisa Raman em Bangalore, Índia.

Os pesquisadores relatam os seus resultados e análises num par de artigos publicados nos periódicos The Astrophysical Journal Letters e The Astrophysical Journal Supplements.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

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