Em uma galáxia a quatro bilhões de anos-luz de distância, três buracos negros supermassivos estão presos em um abraço rodopiante. É o trio mais apertado de buracos negros já conhecido e até sugere que esses sistemas compactados são mais comuns do que se pensava anteriormente.
"O que permanece extraordinário para mim é que esses buracos negros, que estão no extremo da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, estão orbitando um ao outro a 300 vezes a velocidade do som na Terra", disse o principal autor Roger Deane, da Universidade de Cape Cidade em um comunicado de imprensa.
“Não apenas isso, mas usando os sinais combinados de radiotelescópios em quatro continentes, podemos observar esse sistema exótico um terço do caminho através do Universo. Isso me deixa muito animado, pois isso apenas arranha a superfície de uma longa lista de descobertas que serão possíveis com o Square Kilometer Array. ”
O sistema, apelidado de SDSS J150243.091111557.3, foi identificado pela primeira vez como um quasar - um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, que está rapidamente acumulando material e brilhando intensamente - há quatro anos. Mas seu espectro era um pouco estranho, com sua linha de emissão de oxigênio duplamente ionizada [OIII] dividida em dois picos em vez de um.
Uma explicação favorável sugeriu que havia dois buracos negros supermassivos ativos escondidos no núcleo da galáxia.
Uma galáxia ativa normalmente mostra linhas de emissão estreitas de pico único, que se originam de uma região circundante de gás ionizado, disse Deane à Space Magazine. O fato de esta galáxia ativa mostrar linhas de emissão com pico duplo sugere que existem duas regiões circundantes de gás ionizado e, portanto, dois buracos negros supermassivos ativos.
Mas um dos buracos negros supermassivos estava envolto em poeira. Então Deane e seus colegas se aprofundaram um pouco mais. Eles usaram uma técnica chamada Very Long Baseline Interferometry (VLBI), que é um meio de ligar telescópios, combinando sinais separados por até 10.000 km para ver detalhes 50 vezes maiores que o Telescópio Espacial Hubble.
Observações da rede europeia de VLBI - uma variedade de antenas européias, chinesas, russas e sul-americanas - revelaram que o buraco negro supermassivo coberto de poeira era mais uma vez dois em vez de um, tornando o sistema três buracos negros supermassivos no total.
"Isso é o que foi tão surpreendente", disse Deane à Space Magazine. “Nosso objetivo era confirmar os dois suspeitos buracos negros. Não esperávamos que um deles fosse de fato dois, o que só poderia ser revelado pela Rede Européia do VLBI devido [aos] detalhes muito finos que ele consegue discernir. ”
Deane e colegas examinaram seis galáxias semelhantes antes de encontrar seu primeiro trio. O fato de terem encontrado um tão rapidamente sugere que são mais comuns do que se pensava anteriormente.
Antes de hoje, eram conhecidos apenas quatro sistemas triplos de buracos negros, com o par mais próximo a 2,4 kiloparsegs de distância - cerca de 2.000 vezes a distância da Terra à estrela mais próxima, Proxima Centauri. Mas o par mais próximo desse trio é separado por apenas 140 parsecs - aproximadamente 10 vezes a mesma distância.
Embora Deane e colegas tenham contado com a resolução fenomenal da técnica VLBI para separar espacialmente os dois buracos negros próximos, eles também mostraram que sua presença poderia ser inferida a partir de características de maior escala. O movimento orbital do buraco negro, por exemplo, é impresso em seus grandes jatos, torcendo-os em uma forma helicoidal. Isso pode fornecer aos telescópios menores uma ferramenta para encontrá-los com uma eficiência muito maior.
"Se o resultado persistir, será muito legal", disse à revista Space Magazine a especialista em buraco negro supermassivo binário Jessie Runnoe, da Pennsylvania State University. Esta pesquisa tem múltiplas implicações para a compreensão de outros fenômenos.
O primeiro lança luz sobre a evolução da galáxia. Dois ou três buracos negros supermassivos são a arma de fumaça que a galáxia fundiu com a outra. Assim, olhando essas galáxias em detalhes, os astrônomos podem entender como as galáxias evoluíram para suas formas e tamanhos atuais.
O segundo lança luz sobre um fenômeno conhecido como radiação gravitacional. A Teoria Geral da Relatividade de Einstein prevê que, quando um dos dois ou três buracos negros supermassivos espirais para dentro, as ondas gravitacionais - ondulações no tecido do próprio espaço-tempo - se propagam para o espaço.
Os radiotelescópios futuros devem poder medir as ondas gravitacionais de sistemas como as suas órbitas decaem.
"Mais adiante, a Matriz de Quilômetros Quadrados nos permitirá encontrar e estudar esses sistemas em detalhes requintados, e realmente nos permitirá obter uma compreensão muito melhor de como os buracos negros moldam galáxias ao longo da história do Universo", disse co-autor Matt Jarvis das Universidades de Oxford e Western Cape.
A pesquisa foi publicada hoje na revista Nature.
