Astrónomos detetam três buracos negros ativos numa rara fusão de galáxias

    Os astrónomos identificaram um raro três-por-um cósmico: três galáxias em interação, cada uma mostrando sinais de um buraco negro supermassivo que se alimenta ativamente e emite ondas de rádio, oferecendo uma nova perspetiva sobre a forma como as fusões de galáxias podem desencadear a atividade dos buracos negros.

    Artist's impression of a rare trio of merging galaxies, J121/1219+1035, which host three actively feeding, radio-bright supermassive black holes and whose jets light up the surrounding gas.
    Impressão de artista de um trio raro de galáxias em fusão, J121/1219+1035, que alberga três buracos negros supermassivos radio-brilhantes que se alimentam ativamente e cujos jactos iluminam o gás circundante. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/P. Vosteen

    Quase todas as grandes galáxias contêm um buraco negro supermassivo no seu centro. Quando o gás é perturbado e puxado para dentro, esse buraco negro pode ligar-se por breves instantes, libertando energia e iluminando o núcleo da galáxia. Os astrónomos referem-se a esta fase como um núcleo galáctico ativo, ou AGN.

    Quando três buracos negros se ligam

    Num novo estudo, os investigadores examinaram uma interação de três galáxias conhecida como J1218/J1219+1035. Duas das galáxias estão a meio da fusão, enquanto uma terceira galáxia próxima está também a ser atraída para o encontro.

    Quasar with energetic jets in space. Active galactic nucleus with supermassive black hole and accretion disk.
    Conceção artística de um buraco negro supermaciço que se alimenta ativamente no centro de uma galáxia, um processo conhecido como núcleo galáctico ativo.

    Usando observações de rádio, a equipa encontrou provas de atividade nos três centros galácticos, o que faz deste o primeiro sistema conhecido em que três galáxias em interação albergam uma AGN emissora de rádio.

    Como os astrónomos identificaram o trio

    O sistema destacou-se pela primeira vez em observações infravermelhas da missão WISE da NASA, que podem revelar a atividade de buracos negros escondidos atrás de poeira. Estudos ópticos anteriores já tinham confirmado a presença de um AGN numa das galáxias.

    Mas a natureza do núcleo da terceira galáxia permanecia incerta, porque a intensa formação estelar e o gás turbulento agitado durante as fusões podem produzir sinais semelhantes.

    As observações de rádio são fundamentais

    Esta imagem ficou mais nítida com as observações de rádio do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) no Novo México. As imagens de alta resolução do VLA revelaram emissões radioelétricas compactas concentradas nos centros das três galáxias e alinhadas com os seus núcleos ópticos, ligando os sinais diretamente aos núcleos das galáxias e não a regiões de formação estelar muito espalhadas.

    Karl G. Jansky, Very Large Array (VLA), National Radio Astronomy Observatory. 82 feet or 25 meters in diameter in the plains of San Agustin, New Mexico, USA
    O Karl G. Jansky Very Large Array, no Novo México, é utilizado para estudar as emissões de rádio de galáxias distantes e buracos negros.

    Para sondar essas regiões centrais com maior detalhe, a equipa utilizou também uma matriz de rádio de resolução ainda mais elevada. Embora estas observações não tenham imaginado diretamente uma fonte central compacta, a sua sensibilidade permitiu aos investigadores estabelecer limites para a intensidade da emissão de rádio.

    Esses limites excedem o que é tipicamente produzido pela formação normal de estrelas, dando mais apoio à interpretação de que os sinais de rádio são impulsionados pela atividade dos buracos negros e não apenas pelas estrelas.

    Porque é que esta fusão se destaca

    As galáxias crescem através de repetidas fusões, cada uma trazendo consigo o seu próprio buraco negro central. Em teoria, este processo deveria ocasionalmente iluminar múltiplos buracos negros em simultâneo. Na prática, encontrar três buracos negros ativos num único sistema em interação é excecionalmente raro.

    Com as galáxias ainda separadas mas claramente a influenciarem-se mutuamente, a J1218/J1219+1035 oferece um instantâneo de uma fase inicial de fusão, quando as interações gravitacionais podem conduzir gás para os centros galácticos e ativar buracos negros.