Uma pesquisa publicada recentemente no The Astrophysical Journal Letters pode resolver um mistério de décadas em torno de um aglomerado de estrelas de formato estranho no coração da galáxia de Andrômeda. Também pode ajudar os astrônomos a entender melhor o processo de como as galáxias crescem ao se alimentarem umas das outras.

Quando duas galáxias colidem, os buracos negros supermassivos em seus núcleos liberam um “chute” gravitacional devastador, semelhante ao recuo de uma espingarda. O novo estudo, liderado pela Universidade do Colorado, em Boulder (CUB), sugere que esse chute pode ser tão poderoso que pode lançar milhões de estrelas em órbitas instáveis.

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Gráfico mostra a órbita de estrelas em torno de um buraco negro supermassivo antes, à esquerda, e depois, à direita, de um “chute” gravitacional. Imagem: Steven Burrows / JILA

Andrômeda foi estudada na década de 1970

“Quando os cientistas olharam pela primeira vez para Andrômeda, eles esperavam ver um buraco negro supermassivo cercado por um aglomerado de estrelas relativamente simétrico”, disse Ann-Marie Madigan, membro do Instituto Conjunto do Laboratório de Astrofísica (JILA), um órgão de pesquisa compartilhado entre a CUB e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). “Em vez disso, eles encontraram essa massa enorme e alongada”.

Segundo o site Phys, na década de 1970, cientistas lançaram balões no alto da atmosfera da Terra para observar de perto a luz ultravioleta de Andrômeda, a galáxia mais próxima da Via Láctea. 

Essas observações foram acompanhadas pelo telescópio espacial Hubble, na década de 1990, chegando a uma descoberta surpreendente: tal qual a nossa própria galáxia, Andrômeda tem a forma de uma espiral gigante. 

No entanto, a área rica em estrelas perto do centro da espiral não é como se imaginava – as órbitas dessas estrelas assumem um formato ovalado estranho, como se alguém esticasse um pedaço de “slime”.

“E ninguém sabia por quê”, disse Madigan, que é professora assistente de astrofísica na CUB. “Os cientistas chamam o padrão de disco nuclear excêntrico”.

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Modelos computacionais ajudaram a simular colisão de buracos negros

No novo estudo, a equipe usou simulações de computador para rastrear o que acontece quando dois buracos negros supermassivos se chocam, haja vista que Andrômeda, provavelmente, se formou durante uma fusão semelhante, há bilhões de anos.

Com base nos cálculos da equipe, a força gerada por tal fusão poderia dobrar e puxar as órbitas das estrelas perto de um centro galáctico, criando aquele padrão alongado revelador.

“Quando as galáxias se fundem, seus buracos negros supermassivos vão se unir e eventualmente se tornar um único buraco negro”, disse o astrofísico Tatsuya Akiba, principal autor do estudo. “Queríamos saber: quais são as consequências disso?”

Ele acrescentou que as descobertas da equipe ajudam a revelar algumas das forças que podem estar impulsionando a diversidade dos estimados dois trilhões de galáxias no universo hoje – algumas das quais se parecem muito com a Via Láctea, com uma forma em espiral, enquanto outras se parecem mais com bolas de futebol ou bolhas irregulares.

Via Láctea
Assim como a Via Láctea (na imagem), Andrômeda também é espiral, mas as órbitas das estrelas em seu centro assumem um formato ovalado estranho, como se alguém esticasse um pedaço de “slime”. Imagem: Nasa/JPL/Divulgação

Segundo Akiba, as fusões podem desempenhar um papel importante na formação dessas massas de estrelas: quando as galáxias colidem, os buracos negros nos centros podem começar a girar em torno uns dos outros, movendo-se cada vez mais rápido até que finalmente se chocam. No processo, eles liberam enormes pulsos de “ondas gravitacionais“, ou ondulações literais na estrutura do espaço e do tempo.

“Essas ondas gravitacionais vão levar o ímpeto para longe do buraco negro remanescente, e você terá um repuxo, como o recuo de uma arma”, disse Akiba.

Ele e Madigan queriam saber o que tal recuo poderia fazer às estrelas dentro de 1 parsec, (unidade de medida astronômica equivalente a 30 trilhões de quilômetros), do centro da galáxia Andrômeda, que pode ser vista da Terra a olho nu, e se estende por dezenas de milhares de parsecs de ponta a ponta.

A dupla construiu modelos computacionais de centros galácticos simulados contendo centenas de estrelas – então chutou o buraco negro central para reproduzir o recuo das ondas gravitacionais.

“Repuxo” de buracos negros pode expandir órbitas das estrelas

Segundo Madigan, as ondas gravitacionais produzidas por esse tipo de colisão desastrosa não afetam as estrelas de uma galáxia diretamente. Mas o recuo lança o buraco negro supermassivo restante de volta através do espaço, a velocidades que podem chegar a milhões de km por hora.

Quando os buracos negros não escapam, no entanto, a equipe descobriu que eles podem puxar as órbitas das estrelas ao redor deles, fazendo com que essas órbitas se expandam. O resultado acaba parecendo muito com a forma que os cientistas veem no centro de Andrômeda.

Madigan e Akiba querem aumentar suas simulações para que possam comparar diretamente os resultados do computador com o núcleo da galáxia da vida real – que contém muito mais estrelas. 

Eles acreditam que suas descobertas podem ajudar demais cientistas a entender os acontecimentos incomuns em torno de outros objetos no universo, como planetas orbitando estrelas de nêutrons. 

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