Astronomia

Nosso buraco negro central está realmente no CG da galáxia?

Nosso buraco negro central está realmente no CG da galáxia?

Parece bastante certo que há um grande buraco negro, cerca de 25.000 al da Terra, aproximadamente no centro de nossa galáxia, na direção de Sag. Uma fonte de rádio.

• Na verdade, pensa-se que está literalmente no centro de gravidade da nossa galáxia?

Nós sabemos ou isso é incerto?

• Na verdade, nós realmente sabemos onde está o CG da galáxia?

Eu observo que o termo "Centro Galáctico" parece ser um termo astronômico. (Exemplo.) Um astrônomo pode me dizer: esse termo significa o que acreditamos ser o CG, ou melhor, é um ponto de mapeamento nominal?

• Se o buraco negro ESTÁ exatamente no CG da galáxia ... por quê?

Parece-me que um grande BH poderia formar qualquer lugar antigo, e talvez ainda orbitar ou oscilar o CG - certo? Se o SBH é literalmente o CG dessa galáxia, há um motivo para isso? (Como, "SBH só pode se formar no CG" ... ou "colisões estelares só podem acontecer no CG" ... ou o que quer que seja, essas são apenas suposições.)

Ou, de fato, o SBH é o "jogador principal" na galáxia - assim como o sistema solar se formou em torno do sol (seria bobo perguntar "por que o sol está no centro"), o SBH meio que co- formar com a galáxia (ou algo assim?)

Em qualquer caso, o SBH está no CG real da nossa galáxia? Nós sabemos?


Em termos simples: sim, o buraco negro supermassivo da Via Láctea (SMBH) está no centro da galáxia, sabemos aproximadamente onde está o centro (mas não terrivelmente preciso), e devemos esperar que o SMBH esteja lá.

Você pode definir o Centro Galáctico usando as órbitas de estrelas e gás: qual é o centro (médio) de suas órbitas? Você também pode usar a distribuição espacial do mesmo (que é provavelmente um pouco mais próxima do que você está pensando como um "centro de gravidade" ou "centro de massa"). Isso nunca vai lhe dar uma resposta exata e, uma vez que a galáxia não é perfeitamente simétrica ou imutável, sempre haverá alguma incerteza e variação.

Há um 2D coordenada definição, que é o ponto no céu onde a latitude e a longitude galácticas = 0. A intenção é aproximar a direção em direção ao GC, mas desde que foi definida na década de 1950, ninguém está preocupado se as tentativas modernas de medir o ( 3D) o centro da galáxia pode ser ligeiramente diferente.

Pelo que podemos dizer, sim, a SMBH está no Centro Galáctico. Se um SMBH fez se formar fora da região central de uma galáxia, a fricção dinâmica a faria espiralar até o centro da galáxia (e também amorteceria quaisquer oscilações orbitais radiais). Isso também faria com que um SMBH de outra galáxia (menor) que se fundiu com a Via Láctea se espirasse no GC e se fundisse com o SMBH lá; veja minha resposta a esta pergunta.

O SMBH não é o "jogador principal" em nossa galáxia: ele tem uma massa de cerca de 4 milhões de massas solares, que você pode comparar com a massa estelar total de cerca de 50 bilhões de massas solares. (E uma massa de matéria escura de aproximadamente um trilhão de massas solares.) No entanto, há evidências de que as SMBHs "co-formam", em certo sentido, com suas galáxias hospedeiras. Em particular, a massa de SMBHs é bastante correlacionada com várias propriedades da galáxia hospedeira (por exemplo, a massa da "protuberância", ou a velocidade de dispersão das estrelas na parte interna da galáxia).

[Editado para corrigir um erro de digitação.]


Buracos negros supermassivos ou suas galáxias? Qual veio primeiro?

Há um buraco negro supermassivo no centro de quase todas as galáxias do Universo. Como eles chegaram lá? Qual é a relação entre esses buracos negros monstruosos e as galáxias que os cercam?

Cada vez que os astrônomos olham mais longe no Universo, eles descobrem novos mistérios. Esses mistérios requerem todas as novas ferramentas e técnicas para serem compreendidos. Esses mistérios levam a mais mistérios. O que estou dizendo é que são tartarugas misteriosas em todo o caminho.

Uma das mais fascinantes é a descoberta dos quasares, a compreensão do que são e a revelação de um mistério ainda mais profundo, de onde vêm?

Como sempre, estou me adiantando, então, primeiro, vamos voltar e falar sobre a descoberta de quasares.

Nuvens moleculares espalhadas por um buraco negro intermediário mostram uma dispersão de velocidade muito ampla na impressão deste artista. Este cenário explica bem as características observacionais de uma nuvem molecular peculiar CO-0,40-0,22. Crédito: Keio University

Na década de 1950, os astrônomos escanearam os céus usando radiotelescópios e encontraram uma classe de objetos bizarros no universo distante. Eles eram muito brilhantes e incrivelmente distantes, a centenas de milhões ou mesmo bilhões de anos-luz de distância. Os primeiros foram descobertos no espectro de rádio, mas com o tempo, os astrônomos encontraram ainda mais brilho no espectro visível.

O astrônomo Hong-Yee Chiu cunhou o termo “quasar”, que significa objeto quase estelar. Eles eram como estrelas, brilhando de uma única fonte pontual, mas claramente não eram estrelas, brilhando com mais radiação do que uma galáxia inteira.

Ao longo das décadas, os astrônomos confundiram a natureza dos quasares, descobrindo que eles eram, na verdade, buracos negros, alimentando-se ativamente e emitindo radiação, visíveis a bilhões de anos-luz de distância.

Mas eles não eram os buracos negros de massa estelar, que eram conhecidos por serem da morte de estrelas gigantes. Esses eram buracos negros supermassivos, com milhões ou até bilhões de vezes a massa do sol.

Já na década de 1970, os astrônomos consideraram a possibilidade de que poderiam haver esses buracos negros supermassivos no coração de muitas outras galáxias, até mesmo a Via Láctea.

A Galáxia Whirlpool (Spiral Galaxy M51, NGC 5194), uma galáxia espiral clássica localizada na constelação de Canes Venatici, e sua companheira NGC 5195. Crédito: NASA / ESA

Em 1974, os astrônomos descobriram uma fonte de rádio no centro da Via Láctea emitindo radiação. Era intitulado Sagittarius A *, com um asterisco que significa “emocionante”, bem, na perspectiva de “átomos excitados”.

Isso corresponderia às emissões de um buraco negro supermassivo que não estava se alimentando ativamente de material. Nossa própria galáxia poderia ter sido um quasar no passado ou no futuro, mas agora, o buraco negro estava quase todo silencioso, exceto por essa radiação sutil.

Os astrônomos precisavam ter certeza, então eles realizaram um levantamento detalhado do próprio centro da Via Láctea no espectro infravermelho, o que lhes permitiu ver através do gás e da poeira que obscurece o núcleo na luz visível.

Eles descobriram um grupo de estrelas orbitando a estrela A de Sagitário, como cometas orbitando o sol. Apenas um buraco negro com milhões de vezes a massa do Sol poderia fornecer o tipo de âncora gravitacional para girar essas estrelas em órbitas tão bizarras.

Pesquisas posteriores encontraram um buraco negro supermassivo no coração da Galáxia de Andrômeda. Na verdade, parece que esses monstros estão no centro de quase todas as galáxias do Universo.

Mas como eles se formaram? De onde eles vieram? A galáxia se formou primeiro e fez com que o buraco negro se formasse no meio, ou o buraco negro se formou e construiu uma galáxia ao redor deles?

Até recentemente, esse ainda era um dos grandes mistérios não resolvidos da astronomia. Dito isso, os astrônomos fizeram muitas pesquisas, usando cada vez mais observatórios sensíveis, elaboraram suas teorias e agora estão reunindo evidências para ajudar a chegar ao fundo deste mistério.

Os astrônomos desenvolveram dois modelos de como a estrutura em grande escala do Universo se juntou: de cima para baixo e de baixo para cima.

No modelo de cima para baixo, um superaglomerado galáctico inteiro se formou de uma só vez a partir de uma enorme nuvem de hidrogênio primordial que sobrou do Big Bang. As estrelas de um superaglomerado.

Quando a nuvem se juntou, ela girou, chutando espirais menores e galáxias anãs. Eles poderiam ter se combinado posteriormente para formar a estrutura mais complexa que vemos hoje. Os buracos negros supermassivos teriam se formado como núcleos densos dessas galáxias quando se uniram.

Imagem do Hubble de Messier 54, um aglomerado globular localizado na Galáxia Anã de Sagitário. Crédito: ESA / Hubble & # 038 NASA

Se você quiser se envolver com isso, pense no berçário estelar que formou nosso Sol e um monte de outras estrelas. Imagine uma única nuvem de gás e poeira formando vários sistemas estelares dentro dela. Com o tempo, as estrelas amadureceram e se afastaram umas das outras.

Isso é de cima para baixo. Um grande evento que leva à estrutura que vemos hoje.

No modelo de baixo para cima, bolsões de gás e poeira se agrupam em massas cada vez maiores, eventualmente formando galáxias anãs e até mesmo os aglomerados e superaglomerados que vemos hoje. Os buracos negros supermassivos no coração das galáxias cresceram a partir de colisões e fusões entre buracos negros ao longo de eras.

Na verdade, é assim que os astrônomos pensam que os planetas do Sistema Solar se formaram. Por pedaços de poeira que se atraem em grãos cada vez maiores, até que os objetos do tamanho de planetas se formem ao longo de milhões de anos.

De baixo para cima, pequenas partes se juntando.

Pouco depois do Big Bang, todo o Universo estava incrivelmente denso. Mas não era a mesma densidade em todos os lugares. Pequenas flutuações quânticas na densidade no início evoluíram ao longo de bilhões de anos de expansão nos superaglomerados galácticos que vemos hoje.
Galáxias em colisão podem forçar os buracos negros supermassivos em seus núcleos a se unirem (NCSA)
Quero parar e deixar isso penetrar em seu cérebro por um segundo. Havia variações microscópicas de densidade no início do Universo. E essas variações se tornaram as estruturas com centenas de milhões de anos-luz que vemos hoje.

Imagine as duas forças em jogo enquanto a expansão do Universo acontecia. Por um lado, você tem a gravidade mútua das partículas se unindo. E por outro lado, você tem a expansão do Universo separando as partículas umas das outras. O tamanho das galáxias, aglomerados e superaglomerados foi decidido pelo ponto de equilíbrio dessas forças opostas.

Se pequenos pedaços se juntassem, você obteria aquela formação ascendente. Se peças grandes se juntassem, você obteria aquela formação de cima para baixo.

Quando os astrônomos olham para o Universo em escalas maiores, eles observam aglomerados e superaglomerados até onde podem ver & # 8211, o que apóia o modelo de cima para baixo.

Por outro lado, as observações mostram que as primeiras estrelas se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, o que dá sustentação de baixo para cima.

Não, as observações mais modernas dão vantagem aos processos ascendentes.

A chave é que a gravidade se move na velocidade da luz, o que significa que as interações gravitacionais entre as partículas que se espalham umas das outras precisam ser alcançadas, indo à velocidade da luz.

Em outras palavras, você não obteria o valor de um superaglomerado de material se juntando, apenas o valor de uma estrela de material. Mas essas primeiras estrelas eram feitas de hidrogênio e hélio puros e podiam ter uma massa muito maior do que as estrelas que temos hoje. Eles viveriam rapidamente e morreriam em explosões de supernovas, criando buracos negros muito mais massivos do que temos hoje.

Esta ilustração mostra os estágios finais na vida de uma estrela supermassiva que não explode como uma supernova, mas implode para formar um buraco negro. Crédito: NASA / ESA / P. Jeffries (STScI)

As primeiras protogaláxias se juntaram, coletando esses primeiros buracos negros monstruosos e as estrelas massivas que os cercam. E então, ao longo de milhões e bilhões de anos, esses buracos negros se fundiram repetidamente, acumulando milhões e até bilhões de vezes a massa do Sol. Foi assim que obtivemos as galáxias modernas que vemos hoje.

Houve uma observação recente que apóia essa conclusão. No início deste ano, astrônomos anunciaram a descoberta de buracos negros supermassivos no centro de galáxias relativamente pequenas. Em nossa Via Láctea, o buraco negro supermassivo tem 4,1 milhões de vezes a massa do Sol, mas é responsável por apenas 0,01% da massa total da galáxia.

Mas astrônomos da Universidade de Utah encontraram duas galáxias ultracompactas com buracos negros de 4,4 milhões e 5,8 milhões de vezes a massa do Sol, respectivamente. E ainda, os buracos negros respondem por 13 e 18 por cento da massa de suas galáxias hospedeiras.

O pensamento é que essas galáxias já foram normais, mas colidiram com outras galáxias no início da história do Universo, foram despojadas de suas estrelas e então cuspidas para vagar pelo cosmos.

Eles são as vítimas daqueles primeiros eventos de fusão, evidência da carnificina que aconteceu no início do Universo quando as fusões estavam acontecendo.

Sempre falamos sobre os mistérios não resolvidos do Universo, mas este é um que os astrônomos estão começando a decifrar.

Parece mais provável que a estrutura do Universo que vemos hoje se formou de baixo para cima. As primeiras estrelas se juntaram em protogaláxias, morrendo como supernovas para formar os primeiros buracos negros. A estrutura do Universo que vemos hoje é o resultado final de bilhões de anos de formação e destruição. Com os buracos negros supermassivos se unindo ao longo do tempo.

Assim que telescópios como James Webb começarem a funcionar, deveremos ser capazes de ver essas peças se juntando, bem no limite do universo observável.


Buracos negros estelares e muito pequenos, mas mortais

Quando uma estrela queima até o fim de seu combustível, o objeto pode entrar em colapso ou cair dentro de si mesmo. Para estrelas menores (aquelas com cerca de três vezes a massa do Sol), o novo núcleo se tornará uma estrela de nêutrons ou uma anã branca. Mas quando uma estrela maior entra em colapso, ela continua a se comprimir e cria um buraco negro estelar.

Os buracos negros formados pelo colapso de estrelas individuais são relativamente pequenos, mas incrivelmente densos. Um desses objetos acumula mais de três vezes a massa do sol no diâmetro de uma cidade. Isso leva a uma quantidade absurda de força gravitacional puxando objetos ao redor do objeto. Os buracos negros estelares, então, consomem a poeira e o gás das galáxias circundantes, o que os mantém crescendo em tamanho.

De acordo com o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, "a Via Láctea contém algumas centenas de milhões" de buracos negros estelares.


Produção de energia em torno de um buraco negro

A esta altura, você pode estar disposto a pensar que enormes buracos negros se escondem no centro de galáxias ativas. Mas ainda precisamos responder à questão de como esse buraco negro pode ser responsável por uma das fontes de energia mais poderosas do universo. Como vimos em Black Holes e Curved Spacetime, um buraco negro em si não pode irradiar energia. Qualquer energia que detectamos deve vir de um material muito próximo ao buraco negro, mas não dentro de seu horizonte de eventos.

Em uma galáxia, um buraco negro central (com sua forte gravidade) atrai matéria & mdashstars, poeira e gás & mdashorbiting nas densas regiões nucleares. Esta matéria espirala em direção ao buraco negro giratório e forma um disco de acreção de material ao seu redor. À medida que o material gira cada vez mais perto do buraco negro, ele se acelera e se torna comprimido, aquecendo a temperaturas de milhões de graus. Essa matéria quente pode irradiar quantidades prodigiosas de energia ao cair em direção ao buraco negro.

Para se convencer de que cair em uma região com forte gravidade pode liberar uma grande quantidade de energia, imagine jogar uma versão impressa de seu livro de astronomia pela janela do andar térreo da biblioteca. Ele pousará com um baque e talvez dê um solavanco em um pombo surpreso, mas a energia liberada por sua queda não será muito grande. Agora leve o mesmo livro até o décimo quinto andar de um prédio alto e solte-o de lá. Para qualquer um abaixo, a astronomia pode de repente se tornar um assunto mortal quando o livro chegar, com muita energia.

Soltar coisas de muito longe na gravidade muito mais forte de um buraco negro é muito mais eficaz para transformar a energia liberada pelo infall em outras formas de energia. Assim como o livro que cai pode aquecer o ar, sacudir o solo ou produzir energia sonora que pode ser ouvida a alguma distância, a energia do material que cai em direção a um buraco negro pode ser convertida em quantidades significativas de radiação eletromagnética.

O que um buraco negro tem de trabalhar não são livros didáticos, mas fluxos de gás em queda. Se uma bolha densa de gás se mover através de um gás fino em alta velocidade, ela se aquece à medida que diminui por fricção. À medida que diminui a velocidade, a energia cinética (movimento) é transformada em energia térmica. Assim como uma nave espacial reentrando na atmosfera (Figura ( PageIndex <9> )), o gás que se aproxima de um buraco negro aquece e brilha onde encontra outro gás. Mas esse gás, à medida que se aproxima do horizonte de eventos, atinge velocidades de 10% da velocidade da luz e mais. Portanto, fica muito, muito mais quente do que uma nave espacial, que atinge não mais do que cerca de 1500 K. De fato, o gás perto de um buraco negro supermassivo atinge uma temperatura de cerca de 150.000 K, cerca de 100 vezes mais quente do que uma nave que retorna à Terra. Pode até ficar tão quente & mdash milhões de graus & mdash que irradia raios-X.

Figura ( PageIndex <9> ) Fricção na atmosfera da Terra e rsquos. Nesta impressão artística, o movimento rápido de uma espaçonave (a cápsula de reentrada da missão Apollo) através da atmosfera comprime e aquece o ar à sua frente, que aquece a espaçonave por sua vez até que brilhe em brasa. Empurrar o ar desacelera a espaçonave, transformando a energia cinética da espaçonave em calor. O gás em movimento que cai em um quasar aquece de maneira semelhante.

A quantidade de energia que pode ser liberada dessa forma é enorme. Einstein mostrou que massa e energia são intercambiáveis ​​com sua famosa fórmula [E = mc ^ 2 nonumber ] (veja The Sun: A Nuclear Powerhouse). Uma bomba de hidrogênio libera apenas 1% dessa energia, assim como uma estrela. Os quasares são muito mais eficientes do que isso. A energia liberada caindo no horizonte de eventos de um buraco negro pode facilmente atingir 10% ou, no limite teórico extremo, 32% dessa energia. (Ao contrário dos átomos de hidrogênio em uma bomba ou estrela, o gás que cai no buraco negro não está realmente perdendo massa de seus átomos para liberar a energia que a energia é produzida apenas porque o gás está caindo cada vez mais perto do buraco negro. ) Esta enorme liberação de energia explica como um pequeno volume, como a região ao redor de um buraco negro, pode liberar tanta energia quanto uma galáxia inteira. Mas, para irradiar toda essa energia, em vez de apenas cair dentro do horizonte de eventos sem dar um pio, o gás quente precisa se dar ao trabalho de girar em torno da estrela no disco de acreção e emitir parte de sua energia.

A maioria dos buracos negros não mostra qualquer sinal de emissão de quasar. Nós os chamamos de & ldquoquiescente. & Rdquo Mas, como os dragões adormecidos, eles podem ser acordados com um novo suprimento de gás. Nosso próprio buraco negro da Via Láctea está quiescente, mas pode ter sido um quasar há apenas alguns milhões de anos (Figura ( PageIndex <10> )). Duas bolhas gigantes que se estendem por 25.000 anos-luz acima e abaixo do centro galáctico estão emitindo raios gama. Foram produzidos alguns milhões de anos atrás, quando uma quantidade significativa de matéria caiu no buraco negro no centro da galáxia? Os astrônomos ainda estão trabalhando para entender que evento notável pode ter formado essas bolhas enormes.

Figura ( PageIndex <10> ) Bolhas de Fermi na galáxia. Bolhas gigantes brilhando na luz de raios gama ficam acima e abaixo do centro da Via Láctea, visto pelo satélite Fermi. (A imagem de raios gama e raios X é sobreposta a uma imagem de luz visível das partes internas de nossa galáxia.) As bolhas podem ser evidências de que o buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia era um quasar de alguns milhões de anos atrás.

A física necessária para explicar a maneira exata como a energia do material em queda é convertida em radiação perto de um buraco negro é muito mais complicada do que sugere nossa simples discussão. Para entender o que acontece na região & ldquorough and tumble & rdquo em torno de um enorme buraco negro, astrônomos e físicos devem recorrer a simulações de computador (e elas requerem supercomputadores, máquinas rápidas capazes de números impressionantes de cálculos por segundo). Os detalhes desses modelos estão além do escopo de nosso livro, mas eles suportam a descrição básica apresentada aqui.


Buracos negros supermassivos podem na verdade ser buracos de minhoca disfarçados

Uma das muitas frases que parecem pertencer à ficção científica, e não à ciência, é "boca de buraco de minhoca". É basicamente a abertura em cada extremidade de um desses túneis do espaço-tempo teóricos, mas Mikhail Piotrovich, um astrofísico do Observatório Astronômico Central em São Petersburgo, Rússia, vai ainda mais longe em um novo artigo de sua autoria e aponta que um “buraco de minhoca boca ”pode realmente se disfarçar como um buraco negro supermassivo. Não só isso, Piotrovich acredita que pode identificar uma característica única que expõe a identidade secreta de um buraco de minhoca disfarçado e poderia ser um portal do tempo percorrível por humanos.

& # 8220O que mais me surpreende é que ninguém propôs essa ideia antes, porque é bastante simples. & # 8221

A ideia simples de Piotrovich, descrita em uma entrevista ao Space.com, é que um certo tipo de buraco negro supermassivo conhecido como núcleo galáctico ativo (AGN) é na verdade um buraco de minhoca escondido. Como o nome sugere, um AGN fica no centro de uma galáxia "ativa" - uma que está alimentando ativamente seu buraco negro supermassivo, que está no centro do AGN. A fricção do gás e poeira caindo do disco de acreção no buraco negro supermassivo cria jatos de luz brilhante e a combinação dos três - disco, jatos e buraco negro - cria o AGN.

Ou as bocas do buraco de minhoca?

Em um e-mail para Vice, Piotrovich propõe que se os buracos negros supermassivos fossem realmente bocas de buraco de minhoca, isso significaria que eles poderiam ser conectados por uma "garganta de buraco de minhoca" ligando-os através do espaço e do tempo - permitindo a viagem no tempo. Ele então propõe que se cada boca de buraco de minhoca entrar, uma colisão é possível na "garganta", o que causaria emissões de raios gama de alta energia que são diferentes da luz do disco de acreção.

“Os discos de acreção de AGN não emitem radiação gama, pois sua temperatura é muito baixa para isso. Em segundo lugar, os jatos têm um padrão de radiação muito específico, ou seja, a maior parte da radiação gama é direcionada ao longo da direção do jato. ”

Em outras palavras, encontre a radiação gama no centro de uma galáxia e você encontrará uma boca de buraco de minhoca! A má notícia (além do fato de que a existência de buracos de minhoca não foi provada empiricamente) é que nossa própria Via Láctea não é uma galáxia ativa, o que significa que o buraco negro supermassivo mais próximo é apenas um buraco negro supermassivo. Além disso, só porque um buraco de minhoca é grande o suficiente para um humano ou uma espaçonave entrar, isso não significa que é seguro - afinal, um núcleo galáctico ativo ainda contém um buraco negro supermassivo que engole matéria e expele jato.

Mesmo que demoremos milhares de vidas para entrar em uma boca de buraco de minhoca e viajar no tempo, ainda é emocionante saber que estamos um pouco mais perto de encontrar um. E, para os escritores espaciais, é sempre um bom dia quando se pode escrever "entre na boca do buraco de minhoca e desça pela garganta do buraco de minhoca" em um contexto de não-ficção científica (embora um pouco pornográfico espacial).


Uma estrela ejetada do 'Coração das Trevas' da Via Láctea atingiu uma velocidade alucinante

Enquanto os ancestrais da humanidade estavam aprendendo a andar ereto, uma estrela foi lançada do buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia a uma velocidade impressionante de 3,7 milhões de mph (6 milhões de km / h).

Cinco milhões de anos após esta dramática ejeção, um grupo de pesquisadores, liderado por Sergey Koposov do Centro McWilliams de Cosmologia da Carnegie Mellon University, avistou a estrela, conhecida como S5-HVS1, na constelação em forma de guindaste Grus. A estrela foi vista viajando relativamente perto da Terra (29.000 anos-luz de distância) em velocidades escaldantes sem precedentes & mdash cerca de 10 vezes mais rápido do que a maioria das estrelas em nossa galáxia.

"A velocidade da estrela descoberta é tão alta que ela inevitavelmente deixará a galáxia e nunca mais voltará", Douglas Boubert, pesquisador da Universidade de Oxford e co-autor do estudo, disse em um comunicado.

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"Isso é muito emocionante, pois há muito suspeitamos que os buracos negros podem ejetar estrelas com velocidades muito altas. No entanto, nunca tivemos uma associação inequívoca de uma estrela tão rápida com o centro galáctico", disse Koposov no comunicado.

A estrela foi descoberta com observações do Anglo-Australian Telescope (AAT), um telescópio de 12,8 pés (3,9 metros) e do satélite Gaia da Agência Espacial Européia. A descoberta foi feita como parte do Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey (S5), uma colaboração de astrônomos do Chile, EUA, Reino Unido e Austrália.

Agora que a estrela foi localizada, os pesquisadores podem rastreá-la até Sagitário A *, o buraco negro no centro da Via Láctea. Ele também serve como um exemplo incrível do Mecanismo de Hills, proposto pelo astrônomo Jack Hills 30 anos atrás, no qual estrelas são ejetadas do centro das galáxias em alta velocidade após uma interação entre um sistema estelar binário e o buraco negro no centro da galáxia.

"Esta é a primeira demonstração clara do Hills Mechanism em ação", disse Ting Li, pesquisador do Carnegie Observatories e da Universidade de Princeton que liderou a colaboração do S5. "Ver esta estrela é realmente incrível, pois sabemos que deve ter se formado no centro da galáxia, um lugar muito diferente de nosso ambiente local. É um visitante de uma terra estranha."

"Embora o objetivo principal da ciência do S5 seja sondar os fluxos estelares & mdash interrompendo galáxias anãs e aglomerados globulares & mdash dedicamos recursos sobressalentes do instrumento à procura de alvos interessantes na Via Láctea, e voila, encontramos algo incrível de graça. ' Com nossas observações futuras, esperamos encontrar ainda mais! " Kyler Kuehn, vice-diretor de tecnologia do Observatório Lowell, que faz parte do comitê executivo S5, acrescentou na declaração.

Esta descoberta foi publicado em um estudo em 4 de novembro no jornal Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.

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E se o Coração da Via Láctea não for na verdade um buraco negro como pensávamos?

Nós meio que tomamos como certo que existe um buraco negro supermassivo no centro da galáxia da Via Láctea, mas não podemos realmente ir lá e verificar. E se algo mais estiver realmente espreitando nesta região confusa e empoeirada?

Inferimos parcialmente a presença e as propriedades de um buraco supermassivo chamado Sagitário A * (Sgr A *) a partir do efeito gravitacional que ele tem sobre outros objetos, como as órbitas extremas de objetos como estrelas ao redor desse centro galáctico ... mas e se estivermos errados ?

E se não for um buraco negro? E se for um núcleo de matéria escura? De acordo com um novo e fascinante estudo, as órbitas observadas do centro galáctico, bem como as velocidades orbitais nas regiões externas da galáxia, poderiam realmente ser mais fáceis de explicar se fosse um núcleo de matéria escura no coração da galáxia. , em vez de um buraco negro.

O artigo foi aceito em Cartas MNRAS, e está atualmente disponível no servidor de pré-impressão arXiv. Mas primeiro, aqui está um pequeno pano de fundo de onde vem essa hipótese selvagem.

Nas últimas duas décadas, a órbita de uma estrela chamada S2 tem sido objeto de intenso escrutínio. Ele está em uma órbita de 16 anos ao redor do centro galáctico, um longo loop elíptico que serviu como o laboratório perfeito para um dos mais extremos testes de relatividade geral até hoje.

Em pesquisas anteriores, duas equipes separadas mostraram que não apenas a relatividade se sustentava no ambiente do espaço-tempo do centro da galáxia, mas os resultados também eram consistentes com um buraco negro supermassivo 4 milhões de vezes a massa do Sol.

Então veio um objeto chamado G2. Também em uma longa órbita elíptica, o G2 fez algo estranho ao contornar seu periapsia em 2014, o ponto em sua órbita mais próximo do suposto buraco negro. Ele passou de um objeto compacto normal para algo longo e esticado, antes de encolher de volta para um objeto compacto novamente.

Isso foi muito estranho, e a natureza do G2 ainda é desconhecida. Mas seja o que for, o movimento do objeto após o periapsis parece exibir arrasto - o que, de acordo com uma equipe de astrofísicos liderada por Eduar Antonio Becerra-Vergara, do Centro Internacional de Astrofísica Relativística, com sede na Itália, não é totalmente consistente com o negro modelo de furo.

Os pesquisadores mostraram no ano passado que S2 e G2 eram consistentes com um modelo diferente, mesmo com aquele estranho movimento pós-periapsia: férmions de matéria escura, que eles chamam de "darkninos", com uma massa clara o suficiente para não os ver colapsar em um buraco negro até que houvesse pelo menos 100 vezes mais do que aquilo.

Isso permitiria que ele continuasse pairando como uma bolha enorme e densa no centro da Via Láctea e fosse cercado por uma névoa difusa em direção às suas bordas e nos confins da galáxia.

S2 e G2 não são os únicos objetos orbitando o centro galáctico, no entanto. Então, agora os pesquisadores estenderam seu modelo para as 17 estrelas mais bem caracterizadas que voam em torno do centro galáctico, conhecidas como estrelas S - e você nunca vai adivinhar o que eles encontraram.

Sim, sua análise se encaixa aqui também. De acordo com seus cálculos, pode haver uma bolha densa de matéria escura no centro da galáxia, diminuindo para uma concentração difusa na periferia galáctica.

Como relatamos anteriormente, a matéria escura é inegavelmente um dos maiores mistérios do Universo como o conhecemos. É o nome que damos a uma massa misteriosa responsável pelos efeitos gravitacionais que não podem ser explicados pelas coisas que podemos detectar por outros meios - a matéria normal, como estrelas, poeira e galáxias.

Por exemplo, as galáxias giram muito mais rápido do que deveriam se estivessem apenas sendo influenciadas gravitacionalmente pela matéria normal em suas lentes gravitacionais - a curvatura do espaço-tempo em torno de objetos massivos - é muito mais forte do que deveria ser. O que quer que esteja criando essa gravidade adicional está além de nossa capacidade de detectar diretamente.

Sabemos disso apenas pelo efeito gravitacional que tem sobre outros objetos ... parece familiar? But active galactic nuclei, such as the Universe's most photogenic supermassive black hole, M87* (about 6.5 billion times the mass of the Sun), seem much more consistent with the black hole model.

The team proposes that, above a critical mass, a dark matter clump could gravitationally collapse into a supermassive black hole. This could help explain how supermassive black holes come to exist in the first place, since we have no idea how they get so big - and certainly not how so many of them appear in the early Universe, before they should have had time to form.

Roughly 80 percent of the matter in the Universe is thought to be dark matter. There aren't enough black holes, supermassive or otherwise, to account for all of this dark matter, but the team isn't proposing that this is where all the stuff is. Rather, their approach offers a dark matter candidate that could also help explain the existence of supermassive black holes.

Future analysis that either agrees with or pokes holes in their findings can only help constrain these phenomena, ultimately bringing us closer to the truth.

The research has been accepted by MNRAS Letters, and is available on arXiv.


New image of M87’s supermassive black hole

This is an image of polarized light in the vicinity of the supermassive black hole at the center of galaxy M87. The Event Horizon Telescope collaboration – a global network of radio dishes – observed it. The lines indicate the orientation of polarized light, which is directly related to the black hole’s magnetic field lines. Thus, for the first time, we have an image showing the “signature” of magnetic fields around a black hole. Image via EHT/ ESO.

In 2019, astronomers released the first direct image of a black hole, a feat that made headlines and boggled minds all over the world. The black hole was a supermassive one – millions of times our sun’s mass – at the heart of a relatively nearby galaxy known as M87. On March 24, 2021, the Event Horizon Telescope – the same global collaboration that captured M87’s black hole – released a new image showing polarized light from this black hole. The polarization of the light gives astronomers a signature (a representation) of a black hole’s magnetic field, for the first time.

The astronomers published their results in two papers (here and here) in the peer-reviewed Astrophysical Journal Letters on March 24, 2021, with a third one accepted for publication soon (here).

The black hole in M87 sends out enormous jets – matter ejected at nearly the speed of light – from its core. These observations are a key to understanding how this occurs, these astronomers said. Astronomer Monika Moscibrodzka of Radboud University in the Netherlands said in a statement:

We are now seeing the next crucial piece of evidence to understand how magnetic fields behave around black holes, and how activity in this very compact region of space can drive powerful jets that extend far beyond the galaxy.

Another astronomer involved in the project – Andrew Chael at the Princeton Center for Theoretical Science – further explained:

The newly published polarized images are key to understanding how the magnetic field allows the black hole to ‘eat’ matter and launch powerful jets.

When you measure light emanating from an astronomical source, sometimes some of it is polarized, in the same way the light going through a pair of polarized sun glasses is. Instead of lenses, though, it is magnetic fields in hot regions of space that polarize astronomical light. Thus, using telescopes to measure how the light is polarized will give you direct information about the magnetic fields that caused it.

Another team member on this black hole study – Jason Dexter of the University of Colorado, Boulder – explained:

The observations suggest that the magnetic fields at the black hole’s edge are strong enough to push back on the hot gas and help it resist gravity’s pull. Only the gas that slips through the field can spiral inwards to the event horizon.

M87 is an enormous elliptical galaxy located 55 million light-years from us. Its central supermassive black hole is one of the most massive ones known, and, like a cosmic searchlight, a jet of subatomic particles traveling nearly at the speed of light is streaming out of it, as far out as about 6,000 light-years. Image via NASA/ ESA/ Hubble Heritage team.

M87 is an enormous elliptical galaxy – it consists mainly of older stars and does not exhibit the well-known spiral pattern of disk galaxies – that is located relatively nearby at 55 million light-years from us, in the Virgo galaxy cluster. It has about double the mass of our own Milky Way galaxy and contains about 10 times more stars. Another peculiar thing about this galaxy is that it has an unusual number of globular clusters of stars, around 12,000 of them, which can be compared to the more humble amount of 200 in the Milky Way.

The supermassive black hole of M87 is, in direct relation to the size of its host galaxy, one of the most massive that we know of.

A diagram of M87 and its jet, emanating from the central black hole. Top: An image in visible (optical) light shows the jet stretching out thousands of light-years from the center. The following 3 images show the inner parts of the jet and the central black hole region in polarized light, thus indicating how the magnetic fields behave in these regions. Each image zooms in closer and closer to the supermassive black hole. The horizontal line is an indicator of the scale of each image, given in light-years. Read more about this image at ESO.

Bottom line: Astronomers released a new image of the supermassive black hole in the center of nearby galaxy M87, this time showing the signatures of the magnetic fields.


Secret Tunnel

Pushing the idea even more, the astrophysicists suggest that passing through one of these supermassive black hole wormholes might even transport travelers through time.

“The wormholes we are considering are traversable wormholes, so theoretically spacecraft can travel through them,” lead researcher Mikhail Piotrovich told Motherboard. “But of course, it should be understood that we know very little about the internal structure of wormholes and moreover, we do not even know for sure whether they exist at all.”


Supermassive black hole at the center of our galaxy may have a friend

An artist’s conception of two black holes entwined in a gravitational tango. Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Christopher Go

Do supermassive black holes have friends? The nature of galaxy formation suggests that the answer is yes, and in fact, pairs of supermassive black holes should be common in the universe.

I am an astrophysicist and am interested in a wide range of theoretical problems in astrophysics, from the formation of the very first galaxies to the gravitational interactions of black holes, stars and even planets. Black holes are intriguing systems, and supermassive black holes and the dense stellar environments that surround them represent one of the most extreme places in our universe.

The supermassive black hole that lurks at the center of our galaxy, called Sgr A*, has a mass of about 4 million times that of our Sun. A black hole is a place in space where gravity is so strong that neither particles or light can escape from it. Surrounding Sgr A* is a dense cluster of stars. Precise measurements of the orbits of these stars allowed astronomers to confirm the existence of this supermassive black hole and to measure its mass. For more than 20 years, scientists have been monitoring the orbits of these stars around the supermassive black hole. Based on what we've seen, my colleagues and I show that if there is a friend there, it might be a second black hole nearby that is at least 100,000 times the mass of the Sun.

Supermassive black holes and their friends

Almost every galaxy, including our Milky Way, has a supermassive black hole at its heart, with masses of millions to billions of times the mass of the Sun. Astronomers are still studying why the heart of galaxies often hosts a supermassive black hole. One popular idea connects to the possibility that supermassive holes have friends.

At the center of our galaxy is a supermassive black hole in the region known as Sagittarius A. It has a mass of about 4 million times that of our Sun. Credit: ESA–C. Carreau

To understand this idea, we need to go back to when the universe was about 100 million years old, to the era of the very first galaxies. They were much smaller than today's galaxies, about 10,000 or more times less massive than the Milky Way. Within these early galaxies the very first stars that died created black holes, of about tens to thousand the mass of the Sun. These black holes sank to the center of gravity, the heart of their host galaxy. Since galaxies evolve by merging and colliding with one another, collisions between galaxies will result in supermassive black hole pairs—the key part of this story. The black holes then collide and grow in size as well. A black hole that is more than a million times the mass of our son is considered supermassive.

If indeed the supermassive black hole has a friend revolving around it in close orbit, the center of the galaxy is locked in a complex dance. The partners' gravitational tugs will also exert its own pull on the nearby stars disturbing their orbits. The two supermassive black holes are orbiting each other, and at the same time, each is exerting its own pull on the stars around it.

The gravitational forces from the black holes pull on these stars and make them change their orbit in other words, after one revolution around the supermassive black hole pair, a star will not go exactly back to the point at which it began.

Using our understanding of the gravitational interaction between the possible supermassive black hole pair and the surrounding stars, astronomers can predict what will happen to stars. Astrophysicists like my colleagues and me can compare our predictions to observations, and then can determine the possible orbits of stars and figure out whether the supermassive black hole has a companion that is exerting gravitational influence.

Using a well-studied star, called S0-2, which orbits the supermassive black hole that lies at the center of the galaxy every 16 years, we can already rule out the idea that there is a second supermassive black hole with mass above 100,000 times the mass of the Sun and farther than about 200 times the distance between the Sun and the Earth. If there was such a companion, then I and my colleagues would have detected its effects on the orbit of SO-2.

But that doesn't mean that a smaller companion black hole cannot still hide there. Such an object may not alter the orbit of SO-2 in a way we can easily measure.

The first image of a black hole. This is the supermassive black hole at the center of the galaxy M87. Credit: Event Horizon Telescope Collaboration, CC BY-SA

The physics of supermassive black holes

Supermassive black holes have gotten a lot of attention lately. In particular, the recent image of such a giant at the center of the galaxy M87 opened a new window to understanding the physics behind black holes.

The proximity of the Milky Way's galactic center—a mere 24,000 light-years away—provides a unique laboratory for addressing issues in the fundamental physics of supermassive black holes. For example, astrophysicists like myself would like to understand their impact on the central regions of galaxies and their role in galaxy formation and evolution. The detection of a pair of supermassive black holes in the galactic center would indicate that the Milky Way merged with another, possibly small, galaxy at some time in the past.

That's not all that monitoring the surrounding stars can tell us. Measurements of the star S0-2 allowed scientists to carry out a unique test of Einstein's general theory of relativity. In May 2018, S0-2 zoomed past the supermassive black hole at a distance of only about 130 times the Earth's distance from the Sun. According to Einstein's theory, the wavelength of light emitted by the star should stretch as it climbs from the deep gravitational well of the supermassive black hole.

The stretching wavelength that Einstein predicted—which makes the star appear redder—was detected and proves that the theory of general relativity accurately describes the physics in this extreme gravitational zone. I am eagerly awaiting the second closest approach of S0-2, which will occur in about 16 years, because astrophysicists like myself will be able to test more of Einstein's predictions about general relativity, including the change of the orientation of the stars' elongated orbit. But if the supermassive black hole has a partner, this could alter the expected result.

This NASA/ESA Hubble Space Telescope image show’s the result of a galactic collision between two good-sized galaxies. This new jumble of stars is slowly evolving to become a giant elliptical galaxy. Credit: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

Finally, if there are two massive black holes orbiting each other at the galactic center, as my team suggests is possible, they will emit gravitational waves. Since 2015, the LIGO-Virgo observatories have been detecting gravitational wave radiation from merging stellar-mass black holes and neutron stars. These groundbreaking detections have opened a new way for scientists to sense the universe.

Any waves emitted by our hypothetical black hole pair will be at low frequencies, too low for the LIGO-Virgo detectors to sense. But a planned space-based detector known as LISA may be able to detect these waves which will help astrophysicists figure out whether our galactic center black hole is alone or has a partner.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.