Astrônomos confirmam que fusão de buracos negros expulsou objeto supermassivo de sua galáxia original

Astrônomos da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (UCSB) conseguiram reconstruir a origem do RBH-1, um buraco negro supermassivo que foi expelido de sua galáxia original. O estudo, publicado na Physical Review Letters, utilizou dados dos telescópios espaciais Hubble e James Webb para confirmar que a expulsão foi causada pela fusão violenta de dois buracos negros.

O fenômeno foi detectado inicialmente em setembro de 2022, em uma galáxia situada a aproximadamente 7.500 milhões de anos-luz da Terra. A observação revelou uma linha de mais de 202.000 anos-luz de extensão partindo do centro da galáxia. Na extremidade dessa estrutura, o RBH-1 deslocava-se pelo espaço intergaláctico a uma velocidade de 1.000 km/s, provocando a formação de novas estrelas ao longo de seu trajeto.

A mecânica da expulsão e as ondas gravitacionais

A base teórica para esse evento reside na teoria da relatividade geral de Einstein, que prevê a geração de ondas gravitacionais — ondulações no espaço-tempo — quando objetos massivos se fundem. Quando há uma distribuição desigual de massas e spins (rotações) entre os buracos negros, a intensidade dessas ondas pode ser suficiente para impulsionar o novo buraco negro resultante para fora de sua galáxia.

Para rastrear a origem do RBH-1, a equipe liderada pelo professor Tousif Islam, do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP), realizou centenas de milhares de simulações de pares hipotéticos de buracos negros. A análise descartou combinações que não condiziam com a velocidade observada do objeto, revelando que os progenitores possuíam características específicas:

• Massas semelhantes: O buraco negro maior era, no máximo, seis vezes mais massivo que o menor.
• Rotação intensa: Ambos giravam rapidamente, com eixos de rotação desalinhados.
• Dinâmica complexa: O membro mais pesado do par apresentava uma rotação inclinada e oscilante, atingindo entre 70% e 75% do limite máximo permitido pela relatividade geral.

Fusão galáctica e evolução cósmica

A análise dos spins indica que o evento foi o resultado de uma fusão de galáxias ocorrida há cerca de 70 milhões de anos. Os buracos negros progenitores estavam localizados nos centros de duas galáxias de tamanhos diferentes e com rotações desalinhadas. A galáxia onde o evento ocorreu, denominada GX, ainda mantém vestígios desse processo de consolidação.

Embora a relatividade geral preveja que entre 5% e 10% das fusões galácticas resultem na expulsão do buraco negro supermassivo, esta é a primeira vez que a ciência observa o processo em ação. O achado complementa observações do telescópio James Webb, que indicam que buracos negros massivos evoluíram rapidamente no universo primordial, menos de 1.000 milhões de anos após o Big Bang.

Perspectivas para a astrofísica

A descoberta estabelece um precedente para a combinação de estudos sobre fusões galácticas e a física das ondas gravitacionais. O desafio técnico reside no fato de que fusões de buracos negros supermassivos geram ondas de frequência muito menor do que aquelas produzidas por buracos negros de massa estelar ou intermediária.

Para aprofundar a compreensão desse fenômeno, a comunidade científica contará com a Antena Espacial de Interferometria Láser (LISA). O novo observatório possuirá a sensibilidade e a escala necessárias para detectar essas ondas de baixa frequência, trabalhando em conjunto com a capacidade de observação do James Webb.