Começa Com Um Estrondo

O maior buraco negro do universo conhecido

Crédito da imagem: NASA / ESA / Andrew C. Fabian / Remco C. E. van den Bosch (MPIA).

É uma grande surpresa e aparece nos lugares mais improváveis!

Você não pode, na experiência humana, correr para a luz. Você tem que atravessar o crepúsculo até o dia que se alarga antes que o meio-dia chegue e o sol pleno esteja sobre a paisagem. – Woodrow Wilson

Sabemos como a maioria dos buracos negros no Universo se forma: a partir da morte de estrelas muito massivas (talvez 20 vezes a massa do nosso Sol ou mais), dando origem a buracos negros talvez três vezes a massa do nosso Sol e para cima. Essas estrelas queimam seu combustível em seu núcleo mais rapidamente do que todas as outras estrelas - em questão de apenas alguns milhões de anos - e quando o núcleo não pode queimar mais, eles entram em colapso. E nada dentro, nem os átomos, nem os núcleos, nem mesmo os quarks e glúons, podem resistir ao colapso gravitacional se houver massa suficiente lá!

Quando uma estrela atinge cerca de 100 massas solares ou mais, alguns realmente coisas estranhas começam a acontecer no interior. Em particular, o núcleo mais interno da estrela fica tão quente que uma fração substancial dos fótons atingem energias acima de 511 keV, que é um limiar de energia muito importante. Em particular, é alto o suficiente para que, quando dois os fótons colidem uns com os outros, eles podem produzir espontaneamente pares elétron-pósitron!

Crédito da imagem: NASA / CXC / M. Weiss.

Em uma estrela normal, o impulso externo da pressão e o impulso interno da gravitação equilibram um ao outro, mantendo a estrela erguida. Mas essa pressão principalmente vem de fótons movendo-se na velocidade da luz, e se esses fótons se transformarem de repente em partículas (de movimento mais lento) de matéria e antimatéria, essa pressão derrubar , e pode cair catastroficamente.

Dependendo da massa da estrela, a inteira coisa pode experimentar uma reação de fusão descontrolada, destruindo toda a estrela, ou , para as estrelas mais massivas, um enorme fração dessa massa pode desmoronar em um buraco negro! Isto é o que esperamos que aconteça, lembre-se, para um número de estrelas no aglomerado de estrelas supermassivas mais próximo de nós: R136 na Nebulosa da Tarântula.

Crédito da imagem: NASA, ESA, F. Paresce (INAF-IASF, Bolonha, Itália), R. O'Connell (Universidade da Virgínia, Charlottesville) e o Comitê de Supervisão Científica da Wide Field Camera 3.

O Universo existe há um grandes tempo, e teve muitas oportunidades de criar grandes estrelas supermassivas que vivem, morrem e se tornam buracos negros. Nos centros das galáxias, em particular, esses buracos negros têm a oportunidade de se fundir e construir. Hora extra, maioria galáxias adquirem buracos negros supermassivos como resultado, Incluindo o nosso, que tem um com uma massa de alguns quatro milhões de sóis . Podemos medir isso quase diretamente, para nossa própria galáxia, observando um número de estrelas bem identificadas orbitando um ponto do qual nenhuma luz é emitida, mas uma massa de 4.000.000 sóis é necessária para que essas órbitas existam!

Crédito da imagem: Andrea Ghez et al. / KECK / UCLA Galactic Center Group, via http://www.astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/pictures/orbitsMovie.shtml .

Você tem que lembrar que existem entre 200 e 400 bilhão estrelas em nossa galáxia, o que significa que nosso buraco negro é cerca de 0,1% da massa total de nossa galáxia. Isso é uma pequena fração, mas uma enorme número , objetivamente. Agora, considere que nossa galáxia dificilmente é uma das maiores, e nosso buraco negro está realmente no menor final da escala supermassiva.

Existem grandes gigantes galácticos por aí, e o maior que está relativamente perto de nós é Messier 87, a galáxia gigante no centro do Aglomerado de Virgem!

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble / NASA / Wikisky, via usuário do Wikimedia Commons Friendlystar.

Esta é a maior galáxia perto de nós com uma massa de cerca de 200 vezes nosso próprio. Você pode achar estranho que haja um recurso de linha saindo dele. Tanto quanto podemos dizer, é um jato relativístico de matéria com cerca de 5.000 anos-luz de comprimento, e está sendo ejetado pelo centro da galáxia! A única coisa que sabemos que poderia realizar tal feito é um buraco negro supermassivo, e um Muito de maior do que a nossa galáxia comporta.

De fato, se quisermos medir a massa desse buraco negro, a melhor esperança é olhar no raio-X, com o Chandra.

Crédito da imagem: NASA / telescópio de raios-X Chandra.

As medições mais recentes indicam que há um buraco negro supermassivo aqui de 6,6 bilhões massas solares, um número fenomenal e novamente uma massa que é 1500 vezes tão grande quanto o gigante central da nossa Via Láctea! Podemos confirmar isso estudando o material ejetado no rádio, do VLA.

Crédito da imagem: NRAO / Very Large Array (VLA).

O que é mais notável (para mim) é que a melhor estimativa anterior da massa do buraco negro central veio da medição de erupções do centro de M87, e aquele nos deu uma estimativa de massa do buraco negro de 6,4 bilhões de sóis. Em outras palavras, nós realmente entenda o que está acontecendo aqui!

Antes que você pense que Messier 87 é alguma anomalia maluca, deixe-me mostrar uma visão de campo amplo de uma grande parte do aglomerado de Virgem.

Crédito da imagem: Rogelio Bernal Andreo de Deep Sky Colors, via APOD em http://apod.nasa.gov/apod/ap110422.html .

Além de M87, existem várias outras galáxias elípticas gigantes na mesma vizinhança do espaço, incluindo M84, M49 e M60, todas com buracos negros que excedem um bilhão de massas solares. Em geral - embora haja alguma variação - pensa-se que as galáxias elípticas e lenticulares se formam pelas repetidas grandes fusões de espirais, seus buracos negros centrais eventualmente se fundem, e essa mesma figura aproximada de 0,1% da massa total da galáxia pode ser encontrado em um buraco negro central.

Então, você pode pensar que se você quisesse o maior buraco negro de massa possível, você olharia para a maior massa galáxia possível. Bem, podemos tentar!

Crédito da imagem: Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Este é o aglomerado de galáxias Abell 2029, localizado a 1,07 bilhão de anos-luz de distância, ou cerca de 20 vezes mais distante do que o aglomerado de Virgem. No centro disso está a maior galáxia conhecida no Universo: IC 1101 . Esta é uma galáxia que se estende por 2 milhões de anos-luz longe de seu núcleo central em sua maior direção, muitas vezes o tamanho de Messier 87 e com a maior massa conhecida de qualquer galáxia do Universo. Na verdade, ele se estende por quase o dobro da distância separando a Via Láctea de Andrômeda ! Incluindo a matéria escura, ele vem com 100 trilhões Massas Solares, ou quase a massa de todo o Aglomerado de Virgem combinado. (Se você fizer um pesquisa de imagens do google para o tamanho desta galáxia, você encontrará alguns exageros terrivelmente selvagens desta galáxia; cuidado.)

Mas e o seu buraco negro?

Se ao menos soubéssemos; Está muito longe , não ativo o suficiente e nosso atual equipamento baseado no espaço não é bom o suficiente para medir os parâmetros que normalmente medimos com precisão suficiente. Talvez algum dia! E se eu tivesse que apostar, eu diria que é, de fato, onde reside atualmente o maior buraco negro do Universo conhecido.

Seria uma aposta inteligente, mas eu Além disso não ficaria surpreso se eu estivesse totalmente errado a esse respeito, e o motivo o surpreenderá!

Crédito da imagem: NOAO / AOP, 2005-2013 University of Texas Observatório McDonald , através da http://blackholes.stardate.org/objects/image.php?id=82&img=225 .

Este é o aglomerado de Perseu, um aglomerado de galáxias muito menos impressionante do que Abell 2029. A grande galáxia ativa no centro é absolutamente espetacular, mas a galáxia destacada é muito indefinida: NGC 1277. Este aglomerado de galáxias é relativamente próximo — a pouco mais de 200 milhões de anos-luz de distância – e NGC 1277 é muito típico disso, a 220 milhões de anos-luz de distância. Não é a maior galáxia, não é a mais elíptica, não é a mais massiva, não é a mais brilhante. Na verdade, com base nas estrelas lá, com uma massa total de cerca de 120 bilhões de massas solares, é até um pouco menos massivo que a Via Láctea!

Mas se você pode resolver espacialmente o gás no núcleo de uma galáxia (e isso é próximo o suficiente para que possamos fazê-lo), você pode medir como ele está se movendo, cinematicamente. Quanto mais rápido a velocidade aumenta à medida que você se move, melhor você pode reconstruir qual deve ser sua massa central - condensada até um ponto. ( Muitos mais detalhes aqui .)

Crédito da imagem: Telescópio Espacial Hubble / NASA / Remco van den Bosch e outros (2012).

Para esta galáxia, deve haver um buraco negro central com um 17 bilhões de massas solares , ou um enorme 14% da massa estelar da galáxia! Este é um número sem precedentes; não só isso é de longe o maioria buraco negro massivo que já encontramos, mas este também é o maior proporção de uma massa de um buraco negro para uma galáxia hospedeira que já vimos! Existem outras com proporções extraordinariamente grandes – NGC 4486B e Henize 2-10 – mas estas são galáxias menores.

Então, com certeza, é concebível que a maior galáxia do Universo contenha o maior buraco negro, mas também é possível que o detentor do recorde seja uma galáxia lenticular não descrita que simplesmente tenha um tremendo buraco negro lá por razões que nós não entendo totalmente!

Por outro lado - dentro das melhores barras de erro de nossos recursos de medição - há outro candidato para maior buraco negro no Universo conhecido, e é muito diferente da NGC 1277.

Crédito da imagem: Ramon Naves do Observatório de Montcabrer, via http://cometas.sytes.net/blazar/blazar.html .

Veja aquele ponto de luz destacado, acima? Isso é conhecido como OJ 287, e é uma classe especial de objeto conhecida como Blazar , que é uma fonte de rádio compacta e extragaláctica que são alguns dos objetos mais energéticos do Universo. É um tipo especial de quasar – uma galáxia ativa – que acredita-se ter um de seus poderosos jatos apontados bem para nós !

Agora, você precisa se lembrar de como objetos como galáxias ativas funcionam em geral: são buracos negros supermassivos que são banqueteando-se em materiais como estrelas, gás e outros fenômenos cósmicos. Como eles destroem estruturas gravitacionalmente e as aceleram de forma incrivelmente intensa, eles são comedores muito confusos. Embora esta seja uma das principais formas de crescimento dos buracos negros, é Além disso uma forma importante que o Universo nos alerta para a sua presença!

Crédito da imagem: KIPAC / SLAC / Stanford, via http://kipac.stanford.edu/kipac/research/agn .

O brilho desse objeto varia periodicamente – com um período de 11 a 12 anos – e emite explosões com um pico duplo estreito associado ao seu brilho máximo. Ele pode ser visto espetacularmente no rádio e no raio-X, e o que encontramos é consistente não apenas com a existência de um buraco negro supermassivo central de extraordinário magnitude, mas com outro buraco negro supermassivo menor em órbita próxima ao seu redor.

Créditos da composição da imagem: Cor falsa: imagem de raio-X do Observatório de Raios-X Chandra ;
contornos: imagem de rádio de 1,4 GHz do Matriz muito grande .

A cerca de 3,5 bilhões de anos-luz de distância, estima-se que esta galáxia contenha o maior buraco negro conhecido atualmente, em 18 bilhões de massas solares . (Embora, as barras de erro para este e NGC 1277 se sobreponham substancialmente.) Mas a parte mais espetacular desta galáxia - e por que somos capazes de aprender tanto sobre sua região central - é porque há um buraco negro de 100 milhões de massa solar (isso é 25 vezes maior do que a do núcleo da Via Láctea) que é órbita o ainda maior!

Crédito da imagem: Observatório de Tuorla / Universidade de Turku, via http://www.astro.utu.fi/news/080419.shtml .

Com uma órbita que é mais de 300 vezes a escala de Plutão ao redor do Sol que se completa em apenas 12 anos , este sistema - E se estamos modelando corretamente — fornecerá um dos maiores testes de Relatividade Geral de todos os tempos. Enquanto a elipse que a órbita de Mercúrio faz ao redor do Sol tem uma precessão de 43″ por século devido a efeitos relativísticos (onde 1° é 3600″), esse buraco negro menor deve precessar em 39° por órbita , e deve inspirar o maior em um prazo de apenas alguns milhares de anos!

E essas duas galáxias, a vizinha (e pequena) NGC 1277 e a ultradistante OJ 287, abrigam o que saber de como os maiores buracos negros do Universo. Certamente existem maiores por aí, mas serão necessárias configurações e tempo fortuitos - e melhores equipamentos de telescópio de rádio e raios X - para nos ajudar a encontrá-los!

Atualizar: NGC 1277, a galáxia pequena e próxima na qual Remco van den Bosch fez um trabalho tão notável, tem um vídeo associado a ela, apontado para mim pelo próprio van den Bosch! Dê uma olhada em aproveite!