Casos de buracos negros com identidade equivocada

Graças a um conjunto de telescópios, incluindo o Observatório de raios-X Chandra da NASA, os astrónomos descobriram um tipo de buraco negro supermassivo mascarado como outro. A verdadeira identidade destes buracos negros ajuda a resolver um mistério de longa data na astrofísica.

Os buracos negros mal identificados são de um levantamento conhecido como CDF-S (Chandra Deep Field-South), a imagem de raios-X mais profunda jamais obtida.

Os buracos negros supermassivos crescem puxando material circundante, que é aquecido e que produz radiação numa ampla gama de comprimentos de onda, incluindo raios-X. Muitos astrónomos pensam que este crescimento inclui uma fase, ocorrida há milhares de milhões de anos, em que um denso casulo de poeira e gás cobre a maioria dos buracos negros. Estes casulos de material são a fonte de combustível que permite com que o buraco negro cresça e gere radiação.

Com base no conhecimento atual, deviam existir muitos buracos negros imersos nestes casulos (referidos como buracos negros “altamente obscurecidos”). No entanto, este tipo de buraco negro em crescimento é notoriamente difícil de encontrar, e até agora o número observado ficou aquém das previsões – mesmo nas imagens mais profundas, como a do levantamento CDF-S.

“Com as nossas novas identificações, encontrámos muitos buracos negros altamente obscurecidos anteriormente não descobertos,” disse Erini Lambrides da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, que liderou o estudo. “Gostamos de dizer que encontrámos estes buracos negros gigantes, mas na realidade já lá estavam o tempo todo.”

O último estudo combinou mais de 80 dias de tempo de observação com o Chandra no CDF-S com grandes quantidades de dados em diferentes comprimentos de onda de outros observatórios, incluindo o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial Spitzer. A equipa analisou buracos negros localizados a 5 mil milhões de anos-luz ou mais da Terra. A estas distâncias, os cientistas já haviam encontrado 67 buracos negros altamente obscurecidos no CDF-S com dados de raios-X e no infravermelho. Neste estudo mais recente, os autores identificaram outros 28.

Estes 28 buracos negros supermassivos foram anteriormente classificados de maneira diferente – como buracos negros de crescimento lento, com casulos de baixa densidade ou inexistentes, ou como galáxias distantes.

“Isto pode ser considerado um caso de buracos negros com identidade equivocada,” disse o coautor Marco Chiaberge do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, Maryland, “mas estes buracos negros são excecionalmente bons a esconder exatamente o que são.”

Lambrides e colegas compararam os seus dados com as expetativas de um buraco negro em típico crescimento. Usando dados de todos os comprimentos de onda, exceto raios-X, previram a quantidade de raios-X que deviam estar a detetar em cada buraco negro. Os investigadores descobriram um nível muito menor de raios-X do que o esperado em 28 fontes, o que implica que o casulo em seu redor é cerca de dez vezes mais denso do que os cientistas estimaram previamente para estes objetos.

Levando em consideração a densidade mais alta do casulo, a equipa mostrou que os buracos negros mal identificados estão a produzir mais raios-X do que se pensava anteriormente, mas o casulo mais denso impede que a maioria destes raios-X escapem e alcancem o telescópio Chandra. Isto implica que estão a crescer mais depressa.

Grupos anteriores não aplicaram a técnica de análise adotada por Lambrides e pela sua equipa, nem utilizaram todo o conjunto de dados disponíveis para o CDF-S, fornecendo-lhes poucas informações sobre a densidade dos casulos.

Estes casulos são importantes para modelos teóricos que estimam o número de buracos negros no Universo e suas taxas de crescimento, incluindo aqueles com diferentes quantidades de obscurecimento (por outras palavras, quão densos são os seus casulos). Os cientistas projetam estes modelos para explicar um brilho uniforme de raios-X pelo céu, chamado “fundo de raios-X”, descoberto pela primeira vez na década de 1960. Os buracos negros individuais e em crescimento, observados em imagens como a do levantamento CDF-S, são responsáveis pela maior parte do fundo de raios-X.

O fundo de raios-X atualmente não resolvido em fontes individuais é dominado por raios-X com energias acima do limiar que o Chandra consegue detetar. Os buracos negros altamente obscurecidos são uma explicação natural para este componente não resolvido porque os raios-X menos energéticos são mais absorvidos pelo casulo do que os raios-X mais energéticos e, portanto, são menos detetáveis. Os buracos negros altamente obscurecidos adicionais aqui relatados ajudam a reconciliar as diferenças passadas entre os modelos teóricos e as observações.

“É como se o fundo de raios-X fosse uma imagem desfocada que vem lentamente a ser focada há décadas,” disse o coautor Roberto Gilli do INAF (Istituto Nazionale de Astrofisica) em Bolonha, Itália. “O nosso trabalho envolveu a compreensão da natureza dos objetos que foram alguns dos últimos a serem resolvidos.”

Além de ajudar a explicar o fundo de raios-X, estes resultados são importantes para compreender a evolução dos buracos negros supermassivos e das suas galáxias hospedeiras. As massas das galáxias e dos seus buracos negros supermassivos estão relacionadas, o que significa que quanto mais massiva a galáxia, mais massivo o buraco negro.

O artigo que descreve os resultados deste estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

CDF-S:
Chandra/Harvard
Wikipedia

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

Núcleo galáctico ativo:
Wikipedia

Fundo de raios-X:
Wikipedia

Observatório de raios-X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais

Telescópio Espacial Spitzer:
Página oficial 
NASA
Centro Espacial Spitzer 
Wikipedia