Um par de buracos negros supermassivos em órbita um do outro foi registrado pelo XMM-Newton. Essa é a primeira vez que um par tem sido observado numa galáxia ordinária. Eles foram descobertos pois estavam arrebentando uma estrela quando o observatório espacial estava olhando na sua direção.
A maior parte das galáxias massivas no universo são pensadas em abrigar no mínimo um buraco negro supermassivo em seus centros. Dois buracos negros supermassivos são as evidências de que galáxias estão se fundindo. Assim, encontrar, buracos negros supermassivos binários podem dizer aos astrônomos sobre como as galáxias desenvolvem nas suas formas e tamanhos atuais.
No processo de destruição, o gás é aquecido a temperaturas tão altas que ele brilha em muitos comprimentos de onda, incluindo em raios-X. Isso dá a galáxia um centro brilhante incomum, e leva a elas serem chamadas de ativas. A nova descoberta, reportada por Fukun Liu, da Universidade de Peking, em Beijing, na China e seus colegas, é importante pois ela é a primeira a encontrar esse tipo de interação em galáxias que não sejam ativas.
"Pode haver um população inteira de galáxias quiescentes que abrigam buracos negros binários em seus centros", disse o co-autor Stefanie Komossa, do Max-Plank-Institut für Radioastronomie, em Bonn, na Alemanha. Mas encontrá-los é uma tarefa difícil em galáxias quiescentes, não existem nuvens de gás alimentando os buracos negros, e assim os núcleos dessas galáxias são verdadeiramente escuros.
A única esperança que os astrônomos têm é olhar na direção certa no momento em que um buraco negro está trabalhando, e destruindo uma estrela em pedaços. Esse tipo de ocorrência é chamada de "evento de ruptura de maré". À medida que a estrela é puxada pela gravidade do buraco negro, ela emite um brilho de raios-X.
Numa galáxia ativa, o buraco negro é continuamente alimentado pelas nuvens de gás. Numa galáxia quiescente, o buraco negro é alimentado pelos eventos de ruptura de maré que ocorrem esporadicamente e são impossíveis de serem previstos. Assim, para aumentar a chance de se observar um evento desses, os pesquisadores usam o Observatório de Raios-X XMM-Newton da ESA de uma maneira nova.
Normalmente, o observatório coleta os dados de alvos designados, um por vez. Uma vez que ele completa a observação, ele passa para o próximo objeto da lista. O truque é que durante esse movimento, o XMM-Newton mantém os instrumentos focados e registrando. Efetivamente essa pesquisa do céu tem um padrão aleatório, produzindo dados que podem ser analisados em busca de fontes de raios-X desconhecidas e inesperadas.
A galáxia estava expelindo raios-X no espaço. Se parecia exatamente como um evento de ruptura de maré causado por um buraco negro supermassivo, mas enquanto eles rastreavam a vagarosa emissão que se apagava dia após dia, algo estranho aconteceu.
Os raios-X caíram abaixo dos níveis detectáveis entre os dias 27 e 48 depois da descoberta. Então eles reapareceram e continuaram a seguir uma taxa de queda mais esperada, como se nada tivesse acontecido.
Liu tem trabalhado em modelos de sistemas binários de buracos negros que previu uma repentina queda para a escuridão e então a recuperação do brilho pois a gravidade de um dos buracos negros corrompeu o fluxo de gás de outro, temporariamente privando-o do combustível necessário para gerar um brilho em raios-X. Ele encontrou que duas possíveis configurações eram possíveis para reproduzir as observações da J120136.
Em ambos os casos, a separação entre os buracos negros era relativamente pequena: cerca de 0.6 milliparsecs, ou algo em torno de 2 milionésimos de um ano-luz. Isso é aproximadamente a largura do Sistema Solar.
Existe uma outra esperança para o futuro. Quando buracos negros binários se fundem, é previsto que eles lancem uma explosão massiva de energia no universo, mas não na sua maioria em raios-X. "A fusão final espera-se ser a fonte mais intensa de ondas gravitacionais no universo", disse Liu.
As ondas gravitacionais são ondas no contínuo espaço-tempo. Os astrônomosao redor do mundo estão atualmente construindo um novo tipo de observatório para detectar essas ondulações. A ESA também está envolvida em abrir essa nova janela no universo. Em 2015, a ESA lançará a sonda LISA Pathfinder, que testará a tecnologia necessária para se construir um detector espacial de ondas gravitacionais. A pesquisa pelas elusivas ondas gravitacionais é também um tema para uma grande missão científica da ESA, a missão L3, no programa Cosmic Vision.
"O uso inovador das observações feitas com o XMM-Newton tornou possível a detecção dos sistemas binários de buracos negros supermassivos", disse Norbert Schartel, Cientista de Projeto do XMM-Newton da ESA. "Isso demonstra a importância de se manter por longos períodos observatórios espaciais que podem detectar eventos raros que potencialmente podem abrir novas áreas na astronomia".