Buracos negros super massivos em galáxias distantes

Dois astrónomos da Universidade do Texas, em Austin, nos Estados Unidos,
trabalhando com uma equipa internacional de colaboradores, mostraram que
podem fornecer medidas fiáveis de massas de buracos negros presentes em
núcleos galácticos activos, tais comos os quasares, mesmo a grandes
distâncias.

Estes astrónomos demonstraram que duas das técnicas utilizadas para medir as
massas de buracos negros próximos são igualmente válidas para medir os
quasares mais distantes. Mostraram também que o uso destas técnicas deverá
permitir aos astrónomos aprenderem mais sobre o crescimento dos buracos
negros e sobre a forma como se formam as galáxias. Os astrónomos Karl
Gebhardt e John Kormendy discutiram a sua investigação no 20º
Simpósio do Texas sobre a Astrofísica Relativista, que decorreu em Austin
recentemente. Gebhardt é professor assistente e Kormendy é titular da
Cadeira Centenária de Astronomia Curtis T. Vaughan, Jr., do departamento de
Astronomia da Universidade do Texas.

Os buracos negros são corpos celestiais que se encontram tão comprimidos que
a gravidade à sua superfície é suficientemente forte para impedir até mesmo
a luz de se escapar. Até hoje foram descobertos cerca de 38 buracos negros
em todo o Universo, 13 dos quais o foram por Gebhardt e outros 6 por
Kormendy. Os buracos negros super massivos possuem entre um milhão e um
bilião de massas solares e encontram-se no centro de galáxias.

Pelo facto dos buracos negros serem invisíveis, os cientistas detectam-nos e estudam-nos
observando os movimentos e as velocidades das estrelas que giram em torno
deles. Os quasares são objectos celestes brilhantes, extremamente distantes
que se crê serem compostos por buracos negros super massivos que engolem
activamente gás e estrelas.

A equipa de astrónomos da Universidade do Texas mostrou que é importante
desenvolver técnicas que permitam medir as massas dos quasares, já que tais
medições irão aumentar o conhecimento do seu complexo ambiente físico. Ainda
mais importante, dadas as grandes distâncias a que se encontram, as medições
das massas dos quasares deverão fornecer informação directa acerca da
história evolutiva dos buracos negros e das galáxias que os albergam.

Os cientistas disseram que, até agora, foram efectuadas medições directas
das massas de buracos negros super massivos em, pelo menos, 38 galáxias,
baseando-se nas grandes velocidades de rotação e nas velocidades aleatórias
das estrelas e gás nas proximidades dos seus centros. Tais medições exigem
elevada resolução espacial tal como a das imagens providenciadas pelo
Telescópio Espacial Hubble.

Gebhardt afirmou que este tipo de medição apenas funciona com sucesso para
galáxias próximas da nossa. Dado que os quasares se encontram demasiado
distantes para se aplicar estes métodos de medição directa, os astrónomos
basearam-se em modelos físicos das regiões próximas dos buracos negros para
medir as suas massas.

Ao investigarem exemplos de objectos próximos, os astrónomos descobriram
recentemente uma relação entre a massa do buraco negro e a massa da galáxia
que o alberga. Esta relação permite aos astrónomos desenvolverem melhores
modelos dos quasares. Gebhardt afirma que isto permitirá eventualmente um
grande incremento em medições de massas de buracos negros, passando da
actual pequena amostra de 38 galáxias para milhares de galáxias, mesmo a
distâncias extremas.

Encontram-se disponíveis duas técnicas de medição de massas de buracos
negros nos quasares, chamadas mapeamento por reverberação e modelos de
foto-ionização, ambos envolvendo determinadas incertezas.

O mapeamento por reverberação baseia-se na variabilidade dos quasares e no
facto de existirem numerosas nuvens de gás a orbitarem perto de cada buraco
negro super massivo. À medida que o buraco negro varia a sua libertação de
energia, o brilho da radiação emitida pelas nuvens em órbita também varia.

Dado que a luz viaja a uma velocidade finita, as variações de brilho da
radiação emitida pelas nuvens em órbita do buraco negro são observadas mais
tarde que as provenientes da fonte motriz central. A diferença de tempo
indica aos astrónomos qual a distância a que as nuvens de gás em órbita se
encontram do buraco negro. A velocidade orbital das nuvens também pode ser
medida. Tomados em conjunto, estes resultados revelam a massa do buraco
negro. No entanto, não houve nenhuma forma de testar os resultados, e
algumas das propriedades das nuvens de gás são pouco claras, ressalvou
Gebhardt.

Os modelos de foto-ionização são ainda mais incertos, dependendo de uma
relação empírica que os astrónomos se encontram ainda a tentar compreender.
Esta relação traduz-se no facto de que a quantidade de radiação que uma
nuvem de gás em órbita de um buraco
negro emite depende de qual a distância a que se encontra do próprio buraco
negro. Assim, medindo simplesmente qual o brilho que a nuvem aparenta, os
astrónomos podem deduzir o seu raio a partir do centro. Conhecendo o raio e
a velocidade, os investigadores poderão então medir a massa do buraco negro.

Até agora, os cientistas têm-se mostrado relutantes em confiar nas
medições de massas efectuadas por qualquer destas técnicas. Os
investigadores da Universidade do Texas mostraram que ambas as técnicas
fornecem a mesma relação entre a massa do buraco negro e a massa da galáxia
anfitriã, se comparadas com os exemplos próximos de massas de buracos negros
determinadas por detalhados modelos dinâmicos.

Os astrónomos afirmam terem determinado que ambos os modelos podem ser
aplicados até mesmo aos mais distantes quasares. Como resultado disto,
encontram-se a decorrer grandes exames que deverão fornecer evidências das
massas de milhares de novos buracos negros, tornando possível sondar o
crescimento dos buracos negros no Universo primitivo. Segundo Gebhardt, a
calibração das técnicas de medição de quasares deverá fornecer a informação
detalhada necessária para sondar a estrutura do motor central que alimenta o
quasar, permitindo que os astrónomos explorem a formação da galáxia e o
crescimento do buraco negro com intenso detalhe.