Quando dois buracos negros supermassivos se fundem, o objeto resultante pode sair do centro da galáxia. A relatividade geral prevê esse movimento, mas demonstrar que ele aconteceu em um caso específico é difícil. Uma equipe liderada pelo astrônomo Bence Bécsy decidiu procurar a pista em escala maior. Ao analisar a luz de cerca de 100 mil quasares, os pesquisadores encontraram uma relação entre a velocidade dos buracos negros e a cor desses objetos, compatível com o efeito de uma fusão.
Como uma fusão pode deslocar um buraco negro
Quando duas galáxias se unem, os buracos negros supermassivos que ocupavam seus centros podem formar um par. À medida que giram um em torno do outro, eles emitem ondas gravitacionais, perturbações que se propagam pelo espaço-tempo. A emissão dessas ondas retira energia da órbita. Com isso, os dois objetos se aproximam até se fundirem.
Nos instantes finais, as ondas podem carregar mais impulso em uma direção do que em outra. Nesse caso, o buraco negro recém-formado sofre um recuo na direção oposta. A velocidade desse movimento ajuda a determinar o que acontece a seguir. Se o recuo for forte o suficiente para superar a atração gravitacional da galáxia, o buraco negro pode escapar. Se continuar preso à galáxia, pode se afastar do núcleo e depois cruzá-lo novamente, como um pêndulo.
É nessa segunda trajetória que a poeira oferece uma pista. Em 2016, pesquisadores previram que um buraco negro deslocado e ainda preso à galáxia se moveria mais rápido ao cruzar a região central, onde o modelo também previa maior concentração de poeira. Se o objeto estivesse ativo e emitisse luz suficiente para ser observado como quasar, essa passagem poderia aparecer no espectro.
Por que a poeira muda a cor de um quasar
Um quasar é o núcleo muito luminoso de uma galáxia ativa. Seu brilho vem do gás que se aquece enquanto gira ao redor de um buraco negro supermassivo. A poeira entre esse núcleo e o observador absorve mais luz azul do que vermelha. Por isso, ao comparar objetos semelhantes, uma cor mais avermelhada pode indicar que a luz atravessou mais poeira.
A luz também dá pistas sobre o movimento. O gás mais próximo acompanha o buraco negro, enquanto o gás mais distante serve como referência para o movimento da galáxia. Os astrônomos comparam as linhas espectrais produzidas nessas duas regiões. A diferença entre elas permite estimar a velocidade do buraco negro em relação à galáxia na direção em que o observamos.
Com dados do Sloan Digital Sky Survey, a equipe comparou essas duas medidas em cerca de 100 mil quasares. Em média, os objetos com os maiores desvios de velocidade eram mais avermelhados. A diferença ficou mais evidente entre os quasares com muita poeira. Eles eram cerca de três vezes mais frequentes no grupo com os buracos negros mais rápidos do que no grupo com os mais lentos.
O que 100 mil quasares mostram sobre essas colisões
Para testar a relação, os pesquisadores repetiram a análise usando apenas a luz de regiões de gás que não acompanham o movimento do buraco negro. Nesse caso, a ligação entre o desvio de velocidade e a cor desapareceu. O resultado reforça a interpretação de que o sinal está ligado ao movimento do objeto central. Ainda assim, outros processos físicos podem produzir sinais parecidos em quasares individuais.
Se o recuo após a fusão explicar o padrão observado, os autores estimam que cerca de metade dos quasares da amostra possa abrigar buracos negros que se fundiram em um passado relativamente recente. A estimativa depende do modelo usado para interpretar a intensidade do sinal. O estudo também deixa em aberto quantos desses buracos negros teriam velocidade para escapar por completo e quantos continuariam ligados à galáxia. Por enquanto, a cor dos quasares oferece uma forma de investigar essas fusões em conjunto, mesmo quando a trajetória de cada buraco negro é difícil de reconstruir.
