Buraco negro supermassivo em NGC 4486B aparece fora do centro

Pesquisadores identificaram que o buraco negro supermassivo na galáxia NGC 4486B, um sistema elíptico compacto no Aglomerado de Virgem, está de forma mensurável fora do centro.

Essa constatação bate com o que os astrónomos esperam encontrar após a fusão de dois buracos negros supermassivos.

Com isso, uma galáxia que parecia discreta e tranquila passa a ser interpretada como evidência direta do que acontece logo depois de uma colisão de buracos negros.

Um centro desalinhado

Mapeamentos do Webb do núcleo da NGC 4486B revelaram dois picos luminosos e um buraco negro gigantesco localizado a cerca de 20 anos-luz do meio da galáxia.

Ao comparar esses movimentos com imagens mais antigas do Hubble, Behzad Tahmasebzadeh, da University of Michigan (U-M), associou a discrepância a uma fusão recente.

A equipa observou que o pico menor e mais fraco coincidia com o movimento estelar mais rápido - um indício típico da atração do buraco negro.

Com a luz e a gravidade a apontarem para centros diferentes, o conjunto de sinais deixou de se encaixar numa galáxia já estabilizada.

Buraco negro supermassivo em NGC 4486B

Trabalhos anteriores com o Webb já tinham indicado que o buraco negro supermassivo da galáxia (SMBH) tem massa equivalente a 360 milhões de sóis - enorme para uma galáxia com cerca de nove mil milhões de sóis.

Como uma massa desse tamanho intensifica a gravidade nas proximidades, as estrelas aceleram, e o maior pico de velocidade apareceu deslocado para um dos lados.

Além disso, as estrelas dessa região deslocavam-se cerca de 16 km/s mais rápido do que as estrelas do lado oposto, reforçando a assimetria.

Em conjunto, essas diferenças de movimento combinam muito melhor com uma perturbação recente do que com a imagem de uma galáxia bem “arrumada” no Aglomerado de Virgem.

Por que há dois picos

Uma possibilidade é a existência de um disco nuclear excêntrico: um anel assimétrico de estrelas em órbitas alongadas ao redor do buraco negro.

Nesse cenário, as estrelas tendem a acumular-se onde desaceleram e a rarear onde passam mais depressa, fazendo com que um pico pareça mais brilhante do que o outro.

Isso explicaria por que o ponto mais luminoso não coincide com o buraco negro, enquanto o pico mais fraco fica mais próximo do local onde a influência gravitacional é mais evidente.

Imagens do Hubble já tinham mostrado os dois picos nos anos 1990, e esses registos descartaram poeira ou um aglomerado estelar passageiro como causa.

A ideia do chute

A hipótese principal - um chute por ondas gravitacionais, isto é, um empurrão gerado por ondulações desiguais do espaço-tempo - foi a que melhor correspondeu aos dados.

Se uma das “explosões” de ondas levar mais momento do que a outra, o buraco negro resultante sofre recuo e pode arrastar consigo parte do disco estelar.

Com base no tamanho do disco, a equipa estimou uma velocidade lateral perto de 338 km/s após a fusão.

A essa velocidade, o empurrão seria forte, mas não extremo: suficiente para deslocar o objeto por um período curto, sem o expulsar da galáxia.

Um disco deixado para trás

Os modelos também exigiram muitas estrelas retrógradas - movendo-se no sentido oposto ao fluxo estelar principal - perto da borda do núcleo perturbado.

Um chute intenso pode colocar estrelas externas em órbitas “para trás” porque, no referencial do próprio buraco negro, ele por um instante ultrapassa essas estrelas.

Quando os pesquisadores retiraram essas órbitas retrógradas dos cálculos, o ajuste ao padrão de velocidades observado pelo Webb piorou em cerca de 23 por cento.

Assim, o arranjo estelar incomum pareceu menos um artefacto de modelagem e mais um efeito compatível com uma colisão real.

Cronometrando o impacto

Em seguida, simulações computacionais avaliaram por quanto tempo um buraco negro chutado permaneceria deslocado antes de a gravidade da galáxia o puxar de volta.

Para diferentes intensidades de chute, o retorno aconteceu em aproximadamente 10 a 80 milhões de anos - normalmente bem antes do limite superior.

No caso do empurrão considerado mais provável, a volta ao centro levou cerca de 30 milhões de anos, um intervalo curto o bastante para que o desvio observado hoje seja recente.

Com isso, a escala de tempo tornou-se a pista mais incisiva: o que quer que tenha deslocado esse buraco negro deve ter ocorrido há pouco, em termos cósmicos.

Outras ideias testadas

A equipa examinou também a flutuabilidade dinâmica - uma tendência de empurrão para fora causada pelas estrelas da galáxia - para verificar se o efeito poderia imitar o deslocamento.

Nas simulações, essa força até moveu o buraco negro um pouco, mas não o bastante e nem por tempo suficiente.

Também foi testada a hipótese de um par de buracos negros ainda não fundido explicar o centro deslocado; porém, esse quadro continuou sem reproduzir os dois picos.

Nenhuma alternativa encaixou ao mesmo tempo no mapa de movimentos e no padrão de luz tão bem quanto o chute de fusão.

Tempo da fusão de galáxias

Persistiu um enigma adicional: a NGC 4486B tem aparência antiga e estável, sem vestígios evidentes de uma fusão recente de galáxias.

Nas simulações, um par de SMBHs a viajar no mesmo sentido da rotação da galáxia poderia ficar preso numa ressonância orbital de longa duração.

Essa “pausa” seria capaz de atrasar a coalescência final por centenas de milhões de anos, mesmo depois de as galáxias já terem-se unido.

“NGC 4486B appears to be the first system exhibiting multiple observable signatures of a recent SMBH merger,” escreveu Tahmasebzadeh.

Lições da galáxia NGC 4486B

Outra pista surge no centro pouco profundo da galáxia, onde a densidade de estrelas é menor do que uma história sem perturbações faria supor.

Antes de dois SMBHs se fundirem, um par ligado pode arremessar estrelas próximas para fora e escavar um núcleo amplo e achatado.

A NGC 4486B exibe precisamente esse tipo de “miolo esvaziado”, o que reforça a ideia de que dois buracos negros enormes já dividiram esse núcleo.

Ao lado do desvio mais jovem, esse dano mais antigo sugere que a galáxia guarda marcas de duas fases de um mesmo episódio de fusão.

Hoje, a NGC 4486B parece reunir tanto uma colisão galáctica antiga quanto a evidência mais recente de uma fusão final de buracos negros.

Modelos mais precisos e a descoberta de mais casos peculiares como este podem indicar com que frequência buracos negros gigantes se fundem e por quanto tempo os sinais permanecem visíveis.