Como o buraco negro supermassivo do centro da Via Láctea surgiu? Mistério pode ter sido resolvido

Buracos negros podem vir de diferentes tamanhos desde alguns com dezenas de vezes a massa do Sol até os supermassivos com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol. Os buracos negros com pouca massa, chamados de estelares, são conhecidos por serem o resultado final de uma estrela massiva que entra em supernova. Por causa disso, eles são frequentemente chamados de remanescentes de estrelas.

Já os buracos negros com bilhões de massas solares, ou supermassivos, trazem uma dificuldade maior para explicar sua origem. Não tem como uma estrela ter originado esses objetos tão massivos. Além de outras questões sobre como eles chegarem ao centro das galáxias já que é esperado que toda galáxia tenha pelo menos um buraco negro supermassivo em seu centro. Ainda há muitas perguntas em aberto quando se trata da origem desses objetos.

Um grupo de astrônomos da Universidade de Nevada em Las Vegas podem ter encontrado uma resposta para esse mistério. Pelo menos, a resposta de como o buraco negro supermassivo da Via Láctea pode ter surgido. Entender como o buraco negro supermassivo conhecido como Sgr A* se formou pode nos dar informações sobre como a nossa galáxia se formou e como ele afetou a evolução da galáxia inteira.

Buracos negros supermassivos

Quando uma estrela massiva chega ao final de sua vida, ela pode colapsar em um buraco negro estelar com algumas dezenas de vezes a massa do Sol. No entanto, são observados buracos negros com milhões ou bilhões de massas solares no centro de galáxias. Apesar da fama de serem comilões, eles não sugam toda a galáxia pro centro deles mas eles possuem uma relação com a evolução das galáxias através dos chamados feedbacks.

Se um material como uma nuvem ou estrela cai em direção do buraco negro supermassivo, ele aquece e acelera o gás. Antes de cair no buraco negro, é possível que o gás ganhe velocidade para escapar do destino no interior do horizonte de eventos. Quando esse gás que escapa atinge regiões de formação estelar, ele pode interromper esse processo impedindo que novas estrelas se formem.

Mistério da formação

Esses objetos tem sido amplamente estudados por diversos times de pesquisadores ao redor do mundo. Um desses times é a colaboração EHT que conseguiu fotografar pela primeira vez um buraco negro supermassivo. Há diversas perguntas em aberto sobre como esses objetos se formam e como eles chegam até o local no centro das galáxias. Diversas propostas foram feitas para entender o processo de formação e o própio telescópio James Webb faz observações com intuito de responder essas perguntas.

Uma das ideias é que esses objetos são formados através de fusão de buracos negros menores que aos poucos se fundem até chegar no tamanho que observamos hoje. Outra se refere ao processo de acreção onde buracos negros menores capturariam matéria até chegarem a esses tamanhos. No entanto, observações do James Webb mostram que no Universo jovem já havia buracos nergos supermassivos colocando em cheque essas hipóteses.

Sgr A*

Essas perguntas permanecem também em aberto para o buraco negro supermassivo de 4 milhões de massas solares que está localizado no centro da Via Láctea. Apesar de ser pequeno em comparação com buracos negros como M87* de 7 bilhões de massas solares, o Sgr A* se encontra na classificação de supermassivo. Sgr A* foi um dos alvos que teve a foto registrada pela colaboração EHT.

Um dos problemas em relação do Sgr A* é que ele é considerado quase um buraco negro inativo por não ter uma taxa de acreção alta. Apesar de exibir momentos onde matéria é capturada emitindo uma quantidade de radiação, ele é considerado quieto e complicado de ser estudado com tantos detalhes. Apesar disso, diversos telescópios como o Fermi focam na observação do Sgr A* para responder perguntas sobre ele.

Como Sgr A* se formou?

Um novo artigo foi publicado na Nature Astronomy onde um grupo de astrônomos utilizou dados do EHT para entender como o Sgr A* pode ter se formado. A ideia foi utilizar diferentes modelos e simulações para comparar com as observações. Testando diversos modelos, o time encontrou que uma colisão com uma galáxia satélite chamada Gaia-Enceladus no passado explicaria o tamanho e origem do Sgr A*.

Além da massa, o Sgr A* aparenta ter um spin desalinhado que pode ter sido resultado de colisão com outro buraco negro. No caso da colisão, acredita-se que a galáxia Gaia-Enceladus possuía um buraco negro massivo no seu centro que colidiu com um buraco negro massivo do centro da antiga Via Láctea formando o que conhecemos hoje. Esse resultado concorda com o modelo que buracos negros supermassivos se formam de fusões.

Galáxia Gaia-Enceladus

Acredita-se que essa colisão aconteceu há 10 bilhões de anos atrás quando a galáxia satélite Gaia-Enceladus foi parcialmente englobada pela Via Láctea. A galáxia satélite ainda orbita a Via Láctea mas o telescópio Gaia encontrou que há um fluxo de estrelas que conecta a nossa galáxia a ela. Essa ponte indica que nos últimos bilhões de anos ela foi capturada parcialmente pela nossa Galáxia.

Estudos indicam que essa colisão ocasionou um acréscimo de estrelas e de gás na nossa Galáxia, principalmente na estrutura conhecida como halo. O halo engloba a parte central de uma galáxia, onde está localizado o buraco negro supermassivo. Se os novos resultados estiverem corretos, durante essa colisão, um buraco negro massivo da galáxia satélite pode ter se fundindo com o buraco negro massivo da Via Láctea nessa época.

Referência da notícia:

Wang et al 2024 Evidence of a past merger of the Galactic Centre black hole Nature Astronomy