Vários telescópios da NASA ajudaram recentemente os cientistas a procurar buracos negros supermassivos - aqueles que são milhares de milhões de vezes mais massivos do que o Sol. O novo levantamento é único, porque é tão provável encontrar buracos negros massivos que estão escondidos atrás de nuvens espessas de gás e poeira como aqueles que não estão.

Os astrónomos pensam que todas as grandes galáxias do Universo têm um buraco negro supermassivo no seu centro. Mas é difícil testar esta hipótese porque os investigadores não podem contar os milhares de milhões ou mesmo biliões de buracos negros supermassivos que se pensa existirem no Universo. Ao invés, têm de extrapolar a partir de amostras mais pequenas para conhecer a população maior. Assim, medir com precisão o rácio de buracos negros supermassivos ocultos numa determinada amostra ajuda os cientistas a estimar melhor o número total de buracos negros supermassivos no Universo.

O novo estudo publicado na revista The Astrophysical Journal descobriu que cerca de 35% dos buracos negros supermassivos estão fortemente obscurecidos, o que significa que as nuvens de gás e poeira que os rodeiam são tão espessas que bloqueiam até os raios X de baixa energia. Pesquisas comparáveis revelaram anteriormente que menos de 15% dos buracos negros supermassivos estão assim tão obscurecidos. Os cientistas pensam que o verdadeiro rácio deve estar mais próximo dos 50/50, com base em modelos de como as galáxias crescem. Se as observações continuarem a indicar que menos de metade dos buracos negros supermassivos estão escondidos, 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 à sua gravidade - podem também ser alguns dos objetos mais brilhantes do Universo: quando o gás é puxado para a órbita de um buraco negro supermassivo, tal como a água em torno de um ralo, a gravidade extrema cria uma fricção e um calor tão intensos que o gás atinge centenas de milhares de graus e irradia uma luminosidade tão intensa que pode ofuscar todas as estrelas da galáxia circundante.

As nuvens de gás e poeira que rodeiam e reabastecem o disco central brilhante podem ter a forma aproximada de um toro, ou donut. Se o buraco do donut estiver virado para a Terra, o disco central brilhante no seu interior é visível; se o donut for visto de lado, o disco fica obscurecido.

A maioria dos telescópios consegue identificar facilmente buracos negros supermassivos virados para a Terra, mas não aqueles vistos de lado. Mas há uma exceção a esta regra que os autores do novo artigo científico tiraram proveito: o toro absorve a luz da fonte central e reemite luz de baixa energia na gama do infravermelho (comprimentos de onda ligeiramente superiores aos que os olhos humanos conseguem detetar). Essencialmente, os donuts brilham no infravermelho.

Estes comprimentos de onda foram detetados pelo IRAS (Infrared Astronomical Satellite) da NASA, que funcionou durante 10 meses em 1983 e foi gerido pelo JPL da NASA, no sul do estado norte-americano da Califórnia. O IRAS realizou um levantamento de todo o céu e conseguiu ver as emissões infravermelhas das nuvens que rodeiam os buracos negros supermassivos. O mais importante é que conseguiu detetar igualmente bem os buracos negros vistos de face e os vistos de lado.

O IRAS detetou centenas de alvos iniciais. Alguns deles acabaram por não ser buracos negros fortemente obscurecidos, mas galáxias com elevados ritmos de formação estelar que emitem um brilho infravermelho semelhante. Assim, os autores do novo estudo utilizaram telescópios óticos terrestres para identificar essas galáxias e separá-las dos buracos negros escondidos.

Para confirmar a existência de buracos negros altamente escondidos vistos de lado, os investigadores recorreram ao NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA, um observatório de raios X também gerido pelo JPL. Os raios X são irradiados por alguns dos materiais mais quentes em redor do buraco negro. Os raios X de menor energia são absorvidos pelas nuvens de gás e poeira que os rodeiam, enquanto os raios X mais energéticos observados pelo NuSTAR conseguem penetrar e dispersar-se nas nuvens. A observação e deteção destes raios X pode demorar horas, pelo que os cientistas que trabalham com o NuSTAR precisam primeiro de um telescópio como o IRAS para lhes dizer onde procurar.

O NuSTAR da NASA, nesta ilustração, ajudou os astrónomos a ter uma melhor noção de quantos buracos negros supermassivos estão escondidos por espessas nuvens de gás e poeira que os rodeiam. Crédito: NASA/JPL-Caltech

"Surpreende-me como o IRAS e o NuSTAR foram úteis para este projeto, especialmente tendo em conta que o IRAS esteve operacional há mais de 40 anos", disse o líder do estudo Peter Boorman, astrofísico do Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. "Penso que isto mostra o valor dos arquivos dos telescópios e a vantagem de utilizar vários instrumentos e comprimentos de onda em conjunto".

Vantagem numérica

A determinação do 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 deve estar rodeado de nuvens espessas e potencialmente obscurecido. Boorman e os seus coautores afirmam que o seu estudo apoia esta hipótese.

Além disso, os buracos negros influenciam as galáxias em que vivem, sobretudo através do impacto que têm na forma 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 uma quantidade excessiva cair de uma só vez na direção de um buraco negro, este começa a "tossir" o excesso e a lançá-lo de volta para a galáxia. Isso pode dispersar as nuvens de gás dentro da galáxia onde as estrelas se estão a formar, abrandando o ritmo de formação estelar.

"Se não existissem buracos negros, as galáxias seriam muito maiores", afirmou Poshak Gandhi, professor de astrofísica na Universidade de Southampton, no Reino Unido, coautor do novo estudo. "Por isso, 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".

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Southampton (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

NGAs (Núcleos Galácticos Ativos):
Wikipedia

IRAS (Infrared Astronomical Satellite):
Caltech
Wikipedia

NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array):
NASA
Caltech
Wikipedia