Tradicionalmente, os buracos negros são geralmente considerados como “residentes” nos centros das galáxias. No entanto, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. AN Tao do Observatório Astronômico de Xangai da Academia Chinesa de Ciências descobriu um buraco negro errante em uma galáxia anã localizada a cerca de 230 milhões de anos-luz de distância (deslocamento para o vermelho z = 0,017).
Diferentemente dos buracos negros típicos, este não está localizado no centro galáctico, mas sim deslocado por quase um kiloparsec e está lançando jatos de rádio. Este buraco negro em posição excêntrica, em acreção e com jatos, encontrado em uma galáxia anã próxima, é um dos casos mais próximos e convincentes confirmados até agora.
A descoberta, publicada online na Science Bulletin em 4 de setembro, fortalece a ideia de que o crescimento de buracos negros não se limita aos centros galácticos, oferecendo uma nova perspectiva sobre como buracos negros supermassivos poderiam ter crescido tão rapidamente no universo primitivo.
Buracos Negros Nem Sempre Estão nos Centros Galácticos
Na concepção comum do cosmos, os buracos negros são frequentemente vistos como os “corações” das galáxias. Contudo, um número crescente de observações mostra que alguns buracos negros não permanecem obedientes no centro galáctico. Em vez disso, eles estão deslocados, vagando através do disco galáctico ou das periferias. Esses buracos negros deslocados são chamados de buracos negros errantes, como viajantes perdidos flutuando pelo universo.
Por que procurá-los em galáxias anãs? As galáxias anãs têm massas menores e histórias evolutivas relativamente mais simples. Elas atuam como “fósseis cósmicos” que preservam pistas sobre o crescimento inicial dos buracos negros. A teoria prevê que o recuo gravitacional após fusões de galáxias ou interações envolvendo múltiplos corpos pode facilmente expulsar buracos negros dos poços gravitacionais rasos das galáxias anãs, deixando-os vagando milhares de anos-luz de distância. Algumas simulações sugerem até que uma fração considerável dos buracos negros de galáxias anãs pode estar deslocada por quase um kiloparsec (cerca de 3.000 anos-luz). No entanto, por muito tempo, faltava evidência observacional direta e inequívoca.
Nova Descoberta: Um “Buraco Negro Errante Ruidoso” em uma Galáxia Anã
A equipe de pesquisa liderada pelo Dr. AN focou em uma galáxia anã chamada MaNGA 12772-12704, localizada a apenas cerca de 230 milhões de anos-luz de distância (z ≈ 0,017) da Terra. Usando dados de unidades de campo integral do mapeamento de galáxias próximas no Observatório Apache Point (MaNGA), descobriram que esta galáxia apresenta assinaturas de núcleo galáctico ativo (AGN) fracas. Embora sua morfologia geral seja regular e não mostre sinais óbvios de fusão ou um AGN duplo, uma característica chave se destacou: a emissão de rádio associada está deslocada em relação ao centro geométrico da galáxia por quase um kiloparsec (kpc).
Observações complementares com o Array de Very Long Baseline (VLBA) a 1.6 e 4.9 GHz revelaram que a fonte está a 2.68 arco-segundos do centro galáctico (correspondendo a 0.94 kpc), com uma temperatura de brilho do núcleo de rádio ultrapassando um bilhão de kelvins. A 1.6 GHz, detectaram uma estrutura de jato estendendo-se cerca de 2.2 parsecs (7.2 anos-luz) para o sudeste. Essas são características típicas de AGN.
Além disso, ao analisar dados arquivados de 1993 a 2023, os pesquisadores descobriram que a fonte apresenta uma variabilidade irregular e de longo prazo, tornando-se mais brilhante e mais fraca ao longo das décadas. Esse comportamento é consistente com a acreção sustentada e in-situ em um buraco negro, claramente distinta da diminuição monótona típica de remanescentes de supernovas, efetivamente eliminando tais “impostores”. Com base na massa estelar da galáxia hospedeira, estima-se que a massa do buraco negro seja cerca de 300.000 vezes a do Sol, colocando-o na categoria de buraco negro de massa intermediária (IMBH).
Juntos, confirmaram que este é de fato um buraco negro em acreção ativa, excêntrico, com jatos – atualmente o caso mais próximo e robustamente confirmado de seu tipo. “Isto é como um farol cósmico iluminado por um buraco negro errante; embora tenha se afastado do centro galáctico, ainda brilha para fora com energia poderosa”, disse Dr. LIU Yuanqi, coautor do estudo.
Raridade: Por Que Este é Tão Importante?
De uma perspectiva estatística mais ampla, esta descoberta é particularmente marcante. De mais de 3.000 galáxias anãs do MaNGA, 628 mostraram possível atividade de AGN, e cerca de 62% pareciam deslocadas de seus centros ópticos. Apenas a MaNGA 12772-12704 atendeu aos critérios de “três evidências sólidas”: um núcleo compacto de alta luminosidade, jatos em escala de parsecs e variabilidade ao longo de décadas. Isso sugere que fenômenos off-nucleares podem não ser incomuns. No entanto, um “candidato” não equivale a uma detecção confirmada.
“Em galáxias anãs, especialmente, é extremamente difícil obter evidências observacionais claras para AGN errantes,” disse Dr. Mar Mezcua, coautor do estudo do Instituto de Ciências Espaciais da Espanha.
Avanço Científico: Um Novo Caminho para o Crescimento de Buracos Negros
A visão prevalente há muito tempo é que os buracos negros supermassivos crescem principalmente nos centros galácticos, alimentando-se rapidamente de reservatórios de gás centrais. No entanto, este estudo demonstra que um buraco negro de massa intermediária localizado fora do núcleo galáctico também pode sustentar a acreção e produzir jatos. Essas descobertas fornecem suporte observacional direto para a ideia de que a alimentação distribuída e o crescimento em múltiplos locais podem ser um caminho potencial para a formação rápida de buracos negros supermassivos no universo primitivo.
“Esta descoberta nos leva a repensar a co-evolução de buracos negros e galáxias. Buracos negros não são apenas ‘motores’ centrais; eles também podem moldar silenciosamente suas galáxias anfitriãs a partir das periferias,” disse Dr. AN.
Mesmo quando localizados nos “subúrbios” de uma galáxia, buracos negros errantes podem injetar energia em seu entorno por meio de potentes fluxos, influenciando a dinâmica galáctica e a formação estelar.
Perspectivas: Revelando a População Cósmica de Buracos Negros “Invisíveis”
Este estudo transforma os buracos negros errantes de especulação teórica em realidade observacional direta. Com o advento de telescópios de próxima geração, esses “buracos negros perdidos” podem deixar de ser raros. Em um futuro próximo, telescópios ópticos extremamente grandes medirãocentros galácticos e estruturas com maior precisão. Enquanto isso, pesquisas de rádio profundas e de alta resolução, utilizando instalações como o array de núcleo do Radiotelescópio de Apertura Esférica de 500 metros (FAST) e o Array de Kilômetro Quadrado, detectarão até mesmo sinais de rádio mais tênues, potencialmente resolvendo micro-jatos em escala sub-parsec. Esses avanços levarão a descobertas na confirmação e no estudo estatístico de buracos negros off-nucleares.
Talvez, um dia, reconheceremos que os buracos negros errantes não são nada raros, mas sim viajantes silenciosos nas bordas das galáxias, moldando silenciosamente a evolução cósmica de seus anfitriões.
Este estudo foi apoiado pelo Programa Nacional SKA da China, bem como pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, entre outros.