Observações mostram que os centros da maioria das galáxias abrigam um buraco negro supermassivo. A imensa gravidade desses objetos age coletando uma densa população de milhões de estrelas e vários milhares de buracos negros de massa estelar dentro de poucos anos-luz ao redor.
Os astrofísicos simularam as interações das órbitas estelares nessas regiões e descobriram que os buracos negros se estabelecem em estruturas anteriormente inesperadas. Os resultados mostram que os objetos mais massivos da população estelar formam uma estrutura de disco espessa ao redor do buraco negro supermassivo nos núcleos galácticos.
"Anteriormente pensava-se que as órbitas de objetos estelares de baixa e grande massa eram distribuídas isotropicamente ao redor do buraco negro supermassivo. Agora entendemos que estrelas massivas e buracos negros tipicamente concentram-se em um disco", disse Akos Szolgyen, da Universidade de Eotvos, Hungria, que liderou o estudo que foi publicado na revista Physical Review Letters.
"Ao contrário de um enxame de abelhas ao redor de uma colmeia, estrelas voam ao redor do centro galáctico de uma maneira mais ordenada: ao longo de trajetórias elípticas, cada uma confinada a um plano, respectivamente. As interações entre essas órbitas planares remodela lentamente suas orientações ao longo de milhões de anos", explicou Bence Kocsis.
Pesquisadores simularam as interações das órbitas estelares em aglomerados estelares nucleares ao longo da história cósmica desde sua formação.
"De acordo com nosso conhecimento atual, aglomerados estelares nucleares podem se formar de duas maneiras diferentes. A primeira sugere que o gás precipitou-se para o centro da galáxia e formou estrelas no local, ao redor do buraco negro supermassivo. O outro modelo assume que antigos aglomerados globulares se formaram no centro da galáxia, onde as forças de maré do buraco negro supermassivo os separaram e povoaram a região central com seu conteúdo estelar. É provável que ambos os processos tenham sido igualmente importantes na formação do aglomerado estelar nuclear", disse Akos Szolgyen.
Em ambos os modelos, as órbitas estelares iniciais formaram discos em torno do buraco negro supermassivo central. A orientação desses discos é definida pela direção a partir da qual o gás ou os aglomerados globulares se aproximam do centro. Com o tempo, esses discos de estrelas gravitacionalmente interagem e a suposição anterior era que eles finalmente se dissolvessem.
No entanto, as estrelas mais massivas, que finalmente se transformam em buracos negros, afundam-se em direção ao núcleo, reduzindo a inclinação das órbitas no disco, semelhante à forma como as partículas mais massivas afundam no fundo de um recipiente. Os físicos descobriram esse fenômeno nas simulações e descobriram que os discos de objetos massivos podem durar muito tempo.
"Enquanto o sistema estelar evolui para preencher a região disponível do espaço como um gás em um recipiente, alguns de seus constituintes, isto é, os objetos massivos, não podem alcançar a distribuição esférica mais desordenada. A interação gravitacional entre eles faz com que esses objetos se estabeleçam em um estado de baixa entropia", explicou Bence Kocsis. "Isso é muito semelhante ao processo de quebra de simetria espontânea conhecido na física de partículas e na física da matéria condensada".
Eles também investigaram o que acontece com os objetos estelares de baixa e média massa nessa região. Enquanto as órbitas dos objetos de média massa, como as estrelas do tipo B, mostraram uma pequena quantidade de anisotropia, os cálculos mostraram que os objetos de massas menores, como estrelas antigas como o Sol, estrelas de nêutrons e anãs brancas se comportam de maneira fundamentalmente diferente.
Os objetos estelares de baixa massa alcançaram uma distribuição esférica no núcleo galáctico na simulação. Estes resultados são consistentes com as observações do centro da Via Láctea na vizinhança do buraco negro supermassivo central com uma população esférica de velhas estrelas de baixa massa, uma distribuição anisotrópica de estrelas B e um disco deformado de jovens estrelas massivas.
Embora existam apenas uma dúzia de candidatos a buracos negros no centro da galáxia, os pesquisadores concluíram que os buracos negros, que são tipicamente mais massivos que as estrelas, estão escondidos dentro do disco de estrelas massivas.
A descoberta pode ter implicações importantes na compreensão da dinâmica estelar dos núcleos galácticos, na evolução das galáxias e na origem das ondas gravitacionais.
"Se milhares de buracos negros residem em um disco ao redor do buraco negro supermassivo central, eles podem coletivamente distorcer e rasgar as nuvens de gás ambiente em núcleos ativos de galáxias a partir dos quais fluxos altamente energéticos são observados. Essas vazões podem afetar fundamentalmente a estrutura em larga escala da galáxia hospedeira, mesmo a milhares de anos-luz de distância", disse Bence Kocsis. "Mas a questão mais interessante é se a distribuição prevista de discos de buraco negro pode explicar a alta taxa de fusões observada em ondas gravitacionais por LIGO e Virgo".
Fonte: Space Daily via Eotvos University
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