B2 0402+379 alberga um binário de buracos negros de 28 mil milhões de massas solares

Uma galáxia situada a cerca de 750 milhões de anos-luz alberga o mais massivo par de buracos negros supermassivos alguma vez observado.

Em conjunto, os dois objetos somam uns impressionantes 28 mil milhões de vezes a massa do Sol. Embora existam buracos negros individuais que ultrapassam este valor, a dupla - escondida numa galáxia denominada B2 0402+379 - é o binário de buracos negros mais pesado que conhecemos.

Além disso, apresenta várias características invulgares que ajudam os astrónomos a perceber o que acontece a estes gigantescos objetos quando se unem.

O processo pelo qual os buracos negros atingem dimensões supermassivas continua a ser um mistério, com muitos dos seus mecanismos ainda por compreender com certeza.

Os buracos negros pequenos nascem dos núcleos colapsados de estrelas massivas que consumiram o seu combustível atómico e já não conseguem brilhar. Estes buracos negros de massa estelar podem aumentar de tamanho ao colidirem entre si, formando objetos demasiado massivos para resultarem do colapso de um núcleo estelar.

Tem de existir um mecanismo que permita aos buracos negros crescer até proporções supermassivas - de milhões a milhares de milhões de vezes a massa do Sol. Parece lógico supor que, se os buracos negros pequenos conseguem colidir e fundir-se, os grandes também o possam fazer, numa sequência de fusões hierárquicas que acabará por criar os buracos negros gigantes que ocupam o centro de cada galáxia.

O problema do último parsec nos buracos negros supermassivos

Contudo, a teoria aponta para um possível obstáculo. Os buracos negros num sistema binário aproximam-se ao perderem momento orbital: transferem-no para gás e estrelas próximos, que são expelidos para regiões distantes, e também o libertam sob a forma de ondas gravitacionais.

À medida que a distância orbital diminui, reduz-se igualmente a região do espaço para a qual conseguem transferir energia. Quando a separação chega a cerca de um parsec, ou 3,2 anos-luz, deixa de haver espaço suficiente para libertar mais momento; a degradação orbital abranda e estabiliza. Este fenómeno é conhecido como o problema do último parsec.

Segundo uma equipa liderada pelo astrofísico Tirth Surti, da Universidade de Stanford, B2 0402+379 poderá ser um excelente exemplo do problema do último parsec em ação.

Os investigadores estudaram cuidadosamente dados de arquivo recolhidos pelo Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), no telescópio Gemini North, e realizaram uma nova análise para calcular as propriedades e o comportamento dos dois buracos negros no centro de B2 0402+379.

Os resultados determinam que o binário tem 28 mil milhões de massas solares e revelam que a própria galáxia é o «fóssil» de um aglomerado de galáxias. B2 0402+379 foi, em tempos, um grupo de galáxias reunidas; acabaram por se fundir e transformar-se em B2 0402+379.

O binário de buracos negros supermassivos é o que resta do aglomerado de buracos negros que se deslocou para o centro galáctico e ali permaneceu.

B2 0402+379 e uma órbita aparentemente bloqueada

Os dois buracos negros estão separados por 7,3 parsecs, ou 24 anos-luz. Não é ainda o último parsec, nem este é o binário de buracos negros supermassivos mais compacto que já foi detetado.

Porém, o que o torna interessante é o facto de a análise da equipa indicar que a degradação orbital parou. Estes buracos negros mantêm-se separados por essa distância, numa órbita estável, há cerca de 3 milhões de anos.

A descoberta sugere que a massa elevada pode desempenhar um papel no problema do último parsec. A equipa considera que a anterior degradação orbital do binário expulsou tantas estrelas das proximidades que já não resta nenhuma para receber o seu momento orbital. Por agora, estão praticamente bloqueados.

«Normalmente, parece que as galáxias com pares de buracos negros menos massivos têm estrelas e massa suficientes para aproximar rapidamente os dois objetos», afirma o astrofísico Roger Romani, da Universidade de Stanford.

«Como este par é tão pesado, foi necessária uma grande quantidade de estrelas e gás para concluir o processo. Mas o binário limpou a região central da galáxia dessa matéria, ficando bloqueado e acessível ao nosso estudo.»

Então, o que acontece a seguir? Sabe-se que, de algum modo, os buracos negros conseguem crescer para lá da massa combinada deste binário, mas estes colossos ultramassivos parecem ser bastante raros. O binário nuclear de B2 0402+379 aparenta ser altamente estável, sem uma forma imediata de perder momento orbital.

Poderia receber o impulso necessário com a entrada de material resultante de outra fusão galáctica, que levaria um terceiro buraco negro supermassivo ao encontro; contudo, todas as galáxias que integravam o aglomerado inicial já se fundiram para formar B2 0402+379, pelo que essa hipótese parece improvável.

Há, no entanto, outra possibilidade. Poderá existir matéria dentro da galáxia capaz de dar uma ajuda a esta união bloqueada.

«Esperamos realizar investigações de acompanhamento do núcleo de B2 0402+379, nas quais analisaremos a quantidade de gás presente», diz Tirth. «Isto deverá dar-nos mais informação sobre se os buracos negros supermassivos poderão acabar por se fundir ou se permanecerão isolados como um binário.»

A investigação foi publicada no The Astrophysical Journal.