Novas observações com o ALMA fornecem uma visão em close-up sem precedentes de um disco rodopiante de gás interestelar frio girando em torno de um buraco negro supermassivo. Este disco está no centro da NGC 3258, uma enorme galáxia elíptica a cerca de 100 milhões de anos-luz da Terra. Com base nessas observações, uma equipe liderada por astrônomos da Texas A & M University e da Universidade da Califórnia, Irvine, determinou que esse buraco negro pesa 2,22 bilhões de massas solares, o buraco negro mais massivo medido com o ALMA até hoje.
Embora os buracos negros supermassivos possam ter massas que são milhões a bilhões de vezes as do Sol, eles representam apenas uma pequena fração da massa de uma galáxia inteira. Isolar a influência da gravidade de um buraco negro das estrelas, do gás interestelar e da matéria escura no centro galáctico é desafiador e requer observações altamente sensíveis em escalas fenomenalmente pequenas.
"Observar o movimento orbital do material o mais próximo possível de um buraco negro é de vital importância quando se determina com precisão a massa do buraco negro", disse Benjamin Boizelle, pesquisador de pós-doutorado da Texas A & M University e principal autor do estudo publicado no Astrophysical Journal. "Essas novas observações da NGC 3258 demonstram o incrível poder do ALMA para mapear a rotação de discos gasosos em torno de buracos negros supermassivos com detalhes impressionantes".
Os astrônomos usam uma variedade de métodos para medir massas de buracos negros. Em galáxias elípticas gigantes, a maioria das medições vem de observações do movimento orbital de estrelas ao redor do buraco negro, captadas na luz visível ou infravermelha. Outra técnica, usando masers de água naturais (lasers de comprimento de onda de rádio) em nuvens de gás que orbitam em torno de buracos negros, fornece maior precisão, mas esses masers são muito raros e estão associados quase exclusivamente a galáxias espirais com buracos negros menores.
Durante os últimos anos, o ALMA foi pioneiro em um novo método para estudar buracos negros em galáxias elípticas gigantes. Cerca de 10% das galáxias elípticas contêm discos rotativos de gás frio e denso em seus centros. Esses discos contêm gás monóxido de carbono (CO), que pode ser observado com radiotelescópios de milímetro de comprimento de onda.
Usando o efeito Doppler da emissão das moléculas de CO, os astrônomos podem medir as velocidades das nuvens de gás em órbita, e o ALMA torna possível determinar os próprios centros de galáxias onde as velocidades orbitais são mais altas.
"Nossa equipe vem pesquisando galáxias elípticas próximas com o ALMA há vários anos para encontrar e estudar discos de gás molecular girando em torno de buracos negros gigantes", disse Aaron Barth, da UC Irvine, co-autor do estudo. "A NGC 3258 é o melhor alvo que encontramos, porque somos capazes de rastrear a rotação do disco mais perto do buraco negro do que em qualquer outra galáxia".
Assim como a Terra orbita em torno do Sol mais rápido do que Plutão, porque experimenta uma força gravitacional mais forte, as regiões internas do disco da NGC 3258 orbitam mais rápido que as partes externas devido à gravidade do buraco negro. Os dados do ALMA mostram que a velocidade de rotação do disco sobe de 1 milhão de quilômetros por hora em sua borda externa, cerca de 500 anos-luz do buraco negro, para mais de 3 milhões de quilômetros por hora perto do centro do disco a uma distância de apenas 65 anos luz do buraco negro.
Os pesquisadores determinaram a massa do buraco negro modelando a rotação do disco, contabilizando a massa adicional das estrelas na região central da galáxia e outros detalhes, como a forma levemente distorcida do disco gasoso. A detecção clara da rotação rápida permitiu que os pesquisadores determinassem a massa do buraco negro com uma precisão menor que 1%, embora eles estimem uma incerteza sistemática adicional de 12% na medição porque a distância até a NGC 3258 não é conhecida com muita precisão. Mesmo considerando a distância incerta, esta é uma das medidas de massa mais precisas para qualquer buraco negro fora da Via Láctea.
"O próximo desafio é encontrar mais exemplos de discos rotativos quase perfeitos como este, para que possamos aplicar este método para medir massas de buracos negros em uma amostra maior de galáxias", concluiu Boizelle. "Observações adicionais do ALMA que atingirem este nível de precisão nos ajudarão a entender melhor o crescimento de galáxias e buracos negros ao longo da idade do Universo".
Fonte: Phys.Org
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