Um buraco negro supermassivo no interior de uma minúscula galáxia está desafiando as ideias dos cientistas a respeito de o que acontece quando duas galáxias se tornam uma só.
Was 49 é o nome de um sistema que consiste em uma grande galáxia de disco, denominadaWas 49a, fundindo-se com uma galáxia anã muito menor, chamada Was 49b. A galáxia anã gira dentro do disco da galáxia maior, a cerca de 26.000 anos-luz do seu centro. Graças à missão Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) da NASA, cientistas descobriram que a galáxia anã é tão luminosa em energia de raios X que deve abrigar um buraco negro supermassivo muito maior e mais poderoso do que o esperado.
"Este é um sistema completamente sem igual e contradiz o que entendemos da fusões galácticas," disse Nathan Secrest, autor principal do estudo e membro pós-doutor do Laboratório de Pesquisas Navais dos EUA em Washington.
Dados do NuSTAR e da Pesquisa Celeste Digital Sloan sugerem que a massa do buraco negro da galáxia anã é enorme, comparada a galáxias de tamanhos similares, e mais de 2 por cento da massa da própria galáxia.
"Nós não achávamos que galáxias anãs abrigassem buracos negros supermassivos tão grandes assim," disse Secrest. "Este buraco negro poderia ter centenas de vezes mais massa do que esperaríamos para uma galáxia desse tamanho, dependendo de como a galáxia evoluiu em relação a outras galáxias.”
O buraco negro da galáxia anã é o motor de um ativo núcleo galáctico (AGN), um fenômeno cósmico no qual radiação de energia extremamente alta explode se projetando quando um buraco negro devora gás e poeira. Este AGN em particular parece ser coberto por uma estrutura em forma de donut feita de gás e poeira. As missões Chandra e Swift da NASA foram usadas para melhor caracterizar a emissão de raios X.
Normalmente, quando duas galáxias começam a se fundir, o buraco negro central da maior delas torna-se ativo, vorazmente engolindo gás e poeira e cuspindo raios X de alta energia quando a matéria se torna convertida em energia. Isso ocorre porque quando as galáxias se aproximam umas das outras, suas interações gravitacionais criam um torque que conduz gás para o buraco negro central da galáxia maior. Mas, nesse caso, a galáxia menor abriga um AGN mais luminoso com um buraco negro supermassivo mais ativo, e o buraco negro central da galáxia maior é relativamente calmo.
Uma imagem óptica do sistema Was 49, compilada com o uso de observações do Telescópio Discovery Channel em Happy Jack, Arizona, usa os mesmos filtros de cor da Pesquisa Digital Celeste Sloan. Como Was 49 está tão distante, essas cores são optimized para separar emissões de gás altamente ionizado, como a região colorida de rosa ao redor do buraco negro supermassivo se alimentando, da luz estelar normal, mostrada em verde. Isso permitiu aos astrônomos determinar com maior precisão o tamanho da galáxia anã que abriga o buraco negro supermassivo.
A emissão de coloração rosa sobressai em uma nova imagem devido à intensa radiação ionizante que emana do potente AGN. Enterrada dentro dessa região de intensa ionização há uma esmaecida coleção de estrelas, que acredita-se fazerem parte da galáxia ao redor do enorme buraco negro. Esses impressionantes detalhes situam-se nas cercanias da galáxia espiral muito maior Was 49a, que aparece esverdeada na imagem devido à distância até a galáxia e os filtros ópticos usados.
Cientistas ainda estão tentando descobrir por que o buraco negro supermassivo da galáxia anã Was 49b é tão grande. Ele pode já ter sido maior antes do começo da fusão, ou pode ter crescido durante a fase bem primordial da fusão.
"Esse estudo é importante porque pode proprocionar um novo insight sobre como os buracos negros supermassivos se formam e crescem em tais sistemas," disse Secrest. “Examinando sistemas como esse, podemos descobrir pistas de como o brurado negro supermassivo de nossa galáxia se formou.”
Dentro de várias centenas de milhões de anos, os buracos negros das galáxias grande e pequena irão se fundir em uma enorme besta.
Tradução de Luiz Leitão da Cunha
A supermassive black hole inside a tiny galaxy is challenging scientists' ideas about what happens when two galaxies become one.
Was 49 is the name of a system consisting of a large disk galaxy, referred to as Was 49a, merging with a much smaller "dwarf" galaxy called Was 49b. The dwarf galaxy rotates within the larger galaxy's disk, about 26,000 light-years from its center. Thanks to NASA's Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) mission, scientists have discovered that the dwarf galaxy is so luminous in high-energy X-rays, it must host a supermassive black hole much larger and more powerful than expected.
"This is a completely unique system and runs contrary to what we understand of galaxy mergers," said Nathan Secrest, lead author of the study and postdoctoral fellow at the U.S. Naval Research Laboratory in Washington.
Data from NuSTAR and the Sloan Digital Sky Survey suggest that the mass of the dwarf galaxy's black hole is huge, compared to similarly sized galaxies, at more than 2 percent of the galaxy's own mass.
"We didn't think that dwarf galaxies hosted supermassive black holes this big," Secrest said. "This black hole could be hundreds of times more massive than what we would expect for a galaxy of this size, depending on how the galaxy evolved in relation to other galaxies.”
The dwarf galaxy's black hole is the engine of an active galactic nucleus (AGN), a cosmic phenomenon in which extremely high-energy radiation bursts forth as a black hole devours gas and dust. This particular AGN appears to be covered by a donut-shaped structure made of gas and dust. NASA's Chandra and Swift missions were used to further characterize the X-ray emission.
Normally, when two galaxies start to merge, the larger galaxy's central black hole becomes active, voraciously gobbling gas and dust, and spewing out high-energy X-rays as matter gets converted into energy. That is because, as galaxies approach each other, their gravitational interactions create a torque that funnels gas into the larger galaxy's central black hole. But in this case, the smaller galaxy hosts a more luminous AGN with a more active supermassive black hole, and the larger galaxy's central black hole is relatively quiet.
An optical image of the Was 49 system, compiled using observations from the Discovery Channel Telescope in Happy Jack, Arizona, uses the same color filters as the Sloan Digital Sky Survey. Since Was 49 is so far away, these colors are optimized to separate highly-ionized gas emission, such as the pink-colored region around the feeding supermassive black hole, from normal starlight, shown in green. This allowed astronomers to more accurately determine the size of the dwarf galaxy that hosts the supermassive black hole.
The pink-colored emission stands out in a new image because of the intense ionizing radiation emanating from the powerful AGN. Buried within this region of intense ionization is a faint collection of stars, believed to be part of the galaxy surrounding the enormous black hole. These striking features lie on the outskirts of the much larger spiral galaxy Was 49a, which appears greenish in the image due to the distance to the galaxy and the optical filters used.
Scientists are still trying to figure out why the supermassive black hole of dwarf galaxy Was 49b is so big. It may have already been large before the merger began, or it may have grown during the very early phase of the merger.
"This study is important because it may give new insight into how supermassive black holes form and grow in such systems," Secrest said. “By examining systems like this, we may find clues as to how our own galaxy’s supermassive black hole formed.”
In several hundred million years, the black holes of the large and small galaxies will merge into one enormous beast.
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