Em 1971, os astrônomos ingleses Donald Lynden-Bell e Martin Rees levantaram a hipótese de que um buraco negro supermassivo (SMBH) reside no centro de nossa galáxia da Via Láctea. Isso foi baseado em seu trabalho com galáxias de rádio, que mostrou que grandes quantidades de energia irradiada por esses objetos se deviam ao gás e à matéria serem acumulados em um buraco negro no centro.
Em 1974, a primeira evidência para este SMBH foi encontrada quando os astrônomos detectaram uma enorme fonte de rádio vinda do centro de nossa galáxia. Essa região, que eles chamaram de Sagitário A *, é mais de 10 milhões de vezes maior que o nosso próprio Sol. Desde sua descoberta, os astrônomos encontraram evidências de que existem buracos negros supermassivos no centro da maioria das galáxias espirais e elípticas no Universo observável.
Descrição:
Os buracos negros supermassivos (SMBH) são diferentes dos buracos negros de menor massa de várias maneiras. Para iniciantes, como a SMBH tem uma massa muito maior que os buracos negros menores, eles também têm uma densidade média mais baixa. Isso se deve ao fato de que, com todos os objetos esféricos, o volume é diretamente proporcional ao cubo do raio, enquanto a densidade mínima de um buraco negro é inversamente proporcional ao quadrado da massa.
Além disso, as forças de maré nas proximidades do horizonte de eventos são significativamente mais fracas para buracos negros maciços. Como na densidade, a força da maré em um corpo no horizonte de eventos é inversamente proporcional ao quadrado da massa. Como tal, um objeto não experimentaria força de maré significativa até que estivesse muito fundo no buraco negro.
Formação:
Como as SMBHs são formadas continua sendo objeto de muitos debates acadêmicos. Os astrofísicos acreditam amplamente que são o resultado de fusões de buracos negros e da acumulação de matéria. Mas de onde as "sementes" (ou seja, progenitores) desses buracos negros vieram é o lugar em que ocorre discordância. Atualmente, a hipótese mais óbvia é que eles são os remanescentes de várias estrelas massivas que explodiram, formadas pelo acúmulo de matéria no centro galáctico.
Outra teoria é que, antes das primeiras estrelas se formarem em nossa galáxia, uma grande nuvem de gás colapsou em uma "estrela qausi" que se tornou instável a perturbações radiais. Ele então se transformou em um buraco negro de cerca de 20 massas solares sem a necessidade de uma explosão de supernova. Com o tempo, ele rapidamente acumulou massa para se tornar um buraco negro intermediário e, em seguida, supermassivo.
Em ainda outro modelo, um aglomerado estelar denso sofreu um colapso do núcleo como resultado da dispersão de velocidade em seu núcleo, o que ocorreu em velocidades relativísticas devido à capacidade térmica negativa. Por fim, existe a teoria de que buracos negros primordiais podem ter sido produzidos diretamente por pressão externa imediatamente após o Big Bang. Essas e outras teorias permanecem teóricas por enquanto.
Sagitário A *:
Várias linhas de evidência apontam para a existência de uma SMBH no centro da nossa galáxia. Embora não tenham sido feitas observações diretas sobre Sagitário A *, sua presença foi inferida pela influência que exerce sobre os objetos ao redor. O mais notável deles é S2, uma estrela que flui uma órbita elíptica ao redor da fonte de rádio Sagittarius A *.
O S2 tem um período orbital de 15,2 anos e atinge uma distância mínima de 18 bilhões de km (11,18 bilhões de milhas, 120 UA) do centro do objeto central. Somente um objeto supermassivo poderia explicar isso, pois nenhuma outra causa pode ser discernida. E a partir dos parâmetros orbitais de S2, os astrônomos conseguiram produzir estimativas sobre o tamanho e a massa do objeto.
Por exemplo, os movimentos do S2 levaram os astrônomos a calcular que o objeto no centro de sua órbita deve ter nada menos que 4,1 milhões de massas solares (8,2 × 10³³ toneladas; 9,04 × 10³³ toneladas EUA). Além disso, o raio desse objeto teria que ser menor que 120 UA, caso contrário S2 colidiria com ele.
No entanto, as melhores evidências até o momento foram fornecidas em 2008 pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre e pelo Galactic Center Group da UCLA. Usando dados obtidos durante um período de 16 anos pelo Very Large Telescope do ESO e Keck Telescope, eles foram capazes de estimar com precisão a distância do centro de nossa galáxia (27.000 anos-luz da Terra), mas também rastrear as órbitas das estrelas. lá com imensa precisão.
Como Reinhard Genzel, o líder da equipe do Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre disse:
“Sem dúvida, o aspecto mais espetacular de nosso estudo de longo prazo é que ele apresentou o que agora é considerado a melhor evidência empírica de que realmente existem buracos negros supermassivos. As órbitas estelares no Centro Galáctico mostram que a concentração de massa central de quatro milhões de massas solares deve ser um buraco negro, além de qualquer dúvida razoável. ”
Outra indicação da presença de Sagitário A * veio em 5 de janeiro de 2015, quando a NASA relatou um surto de raios-X recorde vindo do centro de nossa galáxia. Com base nas leituras do Observatório de Raios-X Chandra, eles relataram emissões 400 vezes mais brilhantes que o normal. Pensa-se que estes sejam o resultado de um asteróide que cai no buraco negro ou pelo emaranhado de linhas de campo magnético no interior do gás que flui para ele.
Outras galáxias:
Os astrônomos também encontraram evidências de SMBHs no centro de outras galáxias dentro do Grupo Local e além. Isso inclui a vizinha Galáxia de Andrômeda (M31) e a galáxia elíptica M32, e a galáxia espiral distante NGC 4395. Isso se baseia no fato de que estrelas e nuvens de gás próximas ao centro dessas galáxias mostram um aumento observável na velocidade.
Outra indicação são os Núcleos Galácticos Ativos (AGN), onde são detectadas periodicamente explosões massivas de bandas de ondas de rádio, microondas, infravermelho, óptico, ultravioleta (UV), raios X e raios gama provenientes das regiões de matéria fria (gás e poeira) ) no centro de galáxias maiores. Embora a radiação não venha dos próprios buracos negros, acredita-se que a influência de um objeto tão maciço sobre a matéria circundante seja a causa.
Em resumo, o gás e a poeira formam discos de acumulação no centro das galáxias que orbitam buracos negros supermassivos, alimentando-os gradualmente. A incrível força de gravidade nessa região comprime o material do disco até atingir milhões de graus Kelvin, gerando radiação brilhante e energia eletromagnética. Uma coroa de material quente também se forma acima do disco de acreção e pode espalhar fótons até as energias dos raios X.
A interação entre o campo magnético rotativo SMBH e o disco de acreção também cria poderosos jatos magnéticos que disparam material acima e abaixo do buraco negro em velocidades relativísticas (isto é, em uma fração significativa da velocidade da luz). Esses jatos podem se estender por centenas de milhares de anos-luz e são uma segunda fonte potencial de radiação observada.
Quando a galáxia de Andrômeda se fundir com a nossa daqui a alguns bilhões de anos, o buraco negro supermassivo que está no centro se fundirá com o nosso, produzindo um buraco muito mais massivo e poderoso. Essa interação provavelmente expulsará várias estrelas de nossa galáxia combinada (produzindo estrelas desonestos) e também fará com que nosso núcleo galáctico (atualmente inativo) se torne ativo novamente.
O estudo dos buracos negros ainda está em sua infância. E o que aprendemos apenas nas últimas décadas foi emocionante e inspirador. Sejam eles de menor massa ou supermassivos, os buracos negros são parte integrante do nosso Universo e desempenham um papel ativo em sua evolução.
Quem sabe o que encontraremos quando examinarmos mais profundamente o universo? Talvez um dia a tecnologia e a pura audácia existam para que possamos tentar atingir o pico sob o véu de um horizonte de eventos. Você pode imaginar isso acontecendo?
Escrevemos muitos artigos interessantes sobre buracos negros aqui na Space Magazine. Aqui está mais do que qualquer dúvida razoável: um buraco negro supermassivo mora no centro de nossa galáxia, o eco de raios X revela o toro supermassivo do buraco negro, como você pesa um buraco negro supermassivo? Tome a temperatura e o que acontece quando os buracos negros supermassivos colidem?
Astronomia Lance também alguns episódios relevantes sobre o assunto. Aqui está o episódio 18: buracos negros grandes e pequenos e o episódio 98: quasares.
Mais para explorar: os quasares dos episódios do elenco de astronomia e os buracos negros, grandes e pequenos.
Fontes:
- Wikipedia - Buraco Negro Supermassivo
- NASA - Buracos Negros Supermassivos
- Universidade de Swinburne: Cosmos - Buraco Negro Supermassivo
