Usando um novo modelo de computador, os astrônomos determinaram que o buraco negro no centro da galáxia M87 é pelo menos duas vezes maior do que se pensava anteriormente. Pesando 6,4 bilhões de vezes a massa do Sol, é o buraco negro mais maciço já medido, e este novo modelo sugere que as massas de buracos negros aceitas em outras grandes galáxias próximas podem ter uma quantidade semelhante. Isso tem consequências para as teorias de como as galáxias se formam e crescem, e pode até resolver um paradoxo astronômico de longa data.
Os astrônomos Karl Gebhardt, da Universidade do Texas em Austin, e Jens Thomas, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, detalharam suas descobertas na segunda-feira na conferência da American Astronomical Society em Pasadena, Califórnia.
Para tentar entender como as galáxias se formam e crescem, os astrônomos começam hoje com informações básicas sobre as galáxias, como o que são feitas, o tamanho e o peso delas. Os astrônomos medem essa última categoria, a massa da galáxia, medindo a velocidade das estrelas que orbitam dentro da galáxia.
Estudos da massa total são importantes, disse Thomas, mas “o ponto crucial é determinar se a massa está no buraco negro, nas estrelas ou no halo escuro. Você precisa executar um modelo sofisticado para descobrir qual é qual. Quanto mais componentes você tiver, mais complicado será o modelo. ”
Para modelar o M87, Gebhardt e Thomas usaram um dos supercomputadores mais poderosos do mundo, o sistema Lonestar da Universidade do Texas no Texas Advanced Computing Center de Austin. O Lonestar é um cluster Dell Linux com 5.840 núcleos de processamento e pode executar 62 trilhões de operações de ponto flutuante por segundo. (O laptop top de linha de hoje tem dois núcleos e pode executar até 10 bilhões de operações de ponto flutuante por segundo.)
O modelo de M87 de Gebhardt e Jens era mais complicado do que os modelos anteriores da galáxia, porque além de modelar suas estrelas e buraco negro, leva em consideração o “halo escuro” da galáxia, uma região esférica ao redor de uma galáxia que se estende além de sua principal estrutura visível, contendo a misteriosa "matéria escura" da galáxia.
"No passado, sempre consideramos o halo escuro significativo, mas também não tínhamos os recursos de computação para explorá-lo", disse Gebhardt. “Só conseguimos usar estrelas e buracos negros antes. Atire no halo escuro, fica muito caro computacionalmente, você precisa ir para os supercomputadores. ”
O resultado da Lonestar foi uma massa para o buraco negro do M87 várias vezes o que os modelos anteriores descobriram. "Não esperávamos nada", disse Gebhardt. Ele e Jens simplesmente queriam testar seu modelo na "galáxia mais importante do mercado", disse ele.
Extremamente maciço e convenientemente próximo (em termos astronômicos), o M87 foi uma das primeiras galáxias sugeridas para abrigar um buraco negro central há quase três décadas. Ele também tem um jato ativo que dispara a luz do núcleo da galáxia, à medida que a matéria se aproxima do buraco negro, permitindo que os astrônomos estudem o processo pelo qual os buracos negros atraem matéria. Todos esses fatores tornam o M87 "a âncora para estudos de buracos negros supermassivos", disse Gebhardt.
Esses novos resultados para o M87, juntamente com sugestões de outros estudos recentes e suas próprias observações recentes do telescópio (publicações em preparação), o levam a suspeitar que todas as massas de buracos negros das galáxias mais massivas estão subestimadas.
Essa conclusão "é importante para a relação entre os buracos negros e as galáxias", disse Thomas. "Se você muda a massa do buraco negro, muda a maneira como o buraco negro se relaciona com a galáxia." Existe uma relação estreita entre a galáxia e seu buraco negro que permitiu aos pesquisadores investigar a física de como as galáxias crescem ao longo do tempo cósmico. Aumentar as massas dos buracos negros nas galáxias mais massivas fará com que essa relação seja reavaliada.
Massas mais altas para buracos negros em galáxias próximas também poderiam resolver um paradoxo sobre as massas de quasares - buracos negros ativos no centro de galáxias extremamente distantes, vistos em uma época cósmica muito anterior. Os quasares brilham intensamente quando o material entra em espiral, emitindo radiação abundante antes de cruzar o horizonte de eventos (a região além da qual nada - nem mesmo a luz - pode escapar).
"Há um problema de longa data em que as massas dos buracos negros quasares eram muito grandes - 10 bilhões de massas solares", disse Gebhardt. “Mas nas galáxias locais, nunca vimos buracos negros tão grandes, nem quase. Antes, suspeitava-se que as massas do quasar estavam erradas ”, afirmou. Mas "se aumentarmos a massa do M87 duas ou três vezes, o problema quase desaparecerá".
As conclusões de hoje são baseadas em modelos, mas Gebhardt também fez novas observações no telescópio M87 e outras galáxias usando novos instrumentos poderosos no telescópio Gemini North e no Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul. Ele disse que esses dados, que serão enviados para publicação em breve, corroboram as atuais conclusões baseadas em modelos sobre a massa de buracos negros.
Para futuras observações do telescópio de halos escuros galácticos, Gebhardt observa que um instrumento relativamente novo na Universidade do Texas no Observatório McDonald de Austin é perfeito. "Se você precisa estudar o halo para obter a massa do buraco negro, não há instrumento melhor que o VIRUS-P", disse ele. O instrumento é um espectrógrafo. Ele separa a luz dos objetos astronômicos em seus comprimentos de onda componentes, criando uma assinatura que pode ser lida para descobrir a distância, velocidade, movimento, temperatura e muito mais de um objeto.
O VIRUS-P é bom para estudos de halo porque pode levar espectros para uma área muito grande do céu, permitindo que os astrônomos atinjam níveis muito baixos de luz a grandes distâncias do centro da galáxia, onde o halo escuro é dominante. É um protótipo, construído para testar a tecnologia que entra no espectrógrafo VIRUS maior para o próximo experimento de energia escura do telescópio Hobby-Eberly (HETDEX).
Fontes: AAS, Observatório McDonald
