Pesquisa detecta buraco negro gigante, 36 bilhões de vezes a massa do Sol

Carlos Roberto de Melo, doutorando em Física na UFRGS, é o autor principal do artigo “Unveiling a 36 Billion Solar Mass Black Hole at the Centre of the Cosmic Horseshoe Gravitational Lens” (Revelando um buraco negro de 36 bilhões de massas solares no centro da lente gravitacional da Ferradura Cósmica — em tradução livre) publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). A pesquisa foi realizada em colaboração com orientadoras e professoras da UFRGS, Cristina Furlanetto e Ana Chies-Santos, e do professor Thomas Collett, do Institute of Cosmology and Gravitation (ICG), no Reino Unido. O periódico científico é publicado em parceria entre a Royal Astronomical Society (RAS) e a Oxford University Press (OUP) e visa promover o avanço da astronomia e de áreas do conhecimento relacionadas.

O trabalho detectou um buraco negro ultramassivo, com 36 bilhões de vezes a massa do Sol, no centro da galáxia que atua como lente gravitacional no sistema ‘Ferradura Cósmica’ (Cosmic Horsehoe), uma das galáxias mais massivas já observadas. As investigações foram feitas durante o doutorado sanduíche de Carlos no Institute of Cosmology and Gravitation (ICG/Reino Unido – financiado pelo programa CAPES-PrInt), onde trabalhou sob a supervisão do professor Thomas Collett e em colaboração com outros pesquisadores do Instituto de Cosmologia e Gravitação.

O resultado da pesquisa mostra que este buraco negro é um ‘ponto fora da curva’: ele é muito mais massivo do que o esperado para sua galáxia hospedeira. Tipicamente, suas massas tendem a seguir uma tendência previsível com base na velocidade com que as estrelas se movem no centro da galáxia. Contudo, o buraco negro no centro da Ferradura Cósmica desvia significativamente dessa relação. Isso o coloca em um clube muito exclusivo de gigantes cósmicos, e a questão agora é: por quê? “Nossos achados abrem caminho para investigar como esses objetos se tornaram tão massivos. Uma hipótese é que eles sejam o resultado da fusão de galáxias ao longo do tempo, um processo que ‘arrasta’ estrelas do centro, mudando a velocidade das estrelas lá, e deixa o buraco negro comparativamente maior nessa relação entre massa e velocidade das estrelas. Outra possibilidade é que eles sejam resquícios de quasares extremamente luminosos do início do Universo, que já eram muito massivos lá e continuaram a crescer de forma muito rápida”, explica o doutorando.

Neste trabalho foram combinadas duas pistas fundamentais para desvendar a massa do buraco negro: o movimento das estrelas e a luz distorcida de um objeto ainda mais distante. Na primeira pista, a agitação e a velocidade das estrelas no centro de uma galáxia são ditadas pela força gravitacional da própria galáxia, o que incluí o buraco negro em seu centro. Um objeto central supermassivo, como um grande buraco negro, muda drasticamente a velocidade das estrelas ao seu redor. “Nós mapeamos esse movimento das estrelas com dados do instrumento MUSE, instalado no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile”, comenta Carlos.

A segunda pista explora um efeito previsto por Einstein: o de que a massa curva o espaço-tempo e, com isso, o caminho da luz. Na prática, esse fenômeno, conhecido como lente gravitacional, permite que um objeto de massa enorme funcione como uma lente de aumento para qualquer coisa que esteja posicionada atrás dele. É exatamente o que acontece com a galáxia da Ferradura Cósmica: por ser imensamente massiva, ela atua como uma lente de aumento cósmica, distorcendo a luz de outra galáxia alinhada diretamente atrás dela. É essa luz distorcida que cria um ‘arco radial’ visível próximo ao centro — uma pista crucial que é extremamente sensível à massa do buraco negro. “Nós então analisamos essa distorção usando imagens de altíssima resolução do Telescópio Espacial Hubble (HST)”, pontua o pesquisador.

O grande diferencial desse estudo está em forçar um modelo computacional para resolver as duas pistas ao mesmo tempo. “Sozinha, cada técnica tem suas incertezas, mas ao combiná-las, eliminamos as ambiguidades e conseguimos uma medida mais precisa da massa do buraco negro”, diz Carlos. O achado foi feito para um buraco negro ‘adormecido’, que não está acretando nada no momento da observação, e que foi detectado devido sua imensa força gravitacional. “Isso mostra que nosso método pode encontrar e determinar a massa desses gigantes escondidos pelo Universo, mesmo quando estão em completo silêncio. A beleza do que fazemos aqui está em desvendar os mecanismos pelos quais a natureza opera e compreender como o Universo funciona”, frisa o acadêmico.

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Texto: Nicole Trevisol