Milhares de planetas podem estar orbitando buracos negros supermassivos

Em um estudo publicado ontem no periódico Astrophysical Journal (1), Físicos teóricos argumentaram que em torno de supermassivos buracos negros podem orbitar milhares de planetas - uma nova classe de planetas no caso -, e muitos mais massivos do que a Terra.

Até o momento, mais de 4 mil exoplanetas têm sido descobertos. De acordo com teorias estabelecidas no campo da Astronomia, planetas são formados a partir de massivas quantidades de agregados de poeira presentes em um disco protoplanetário ao redor de um jovem estrela. Mas estrelas muito novas não são os únicos objetos espaciais que possuem esses discos. Discos muito massivos de poeira também estão presentes em volta de buracos negros supermassivos no núcleo de galáxias, como Sargittarius A* no centro da Via Láctea.

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A maioria das galáxias hospedam um supermassivo buraco negro (BNSM) em seus centros, com massas variando de alguns poucos milhões até bilhões de massas solares. Estudos sugerem que a massa de um BHSM depende da massa total da galáxia que o hospeda. Discos de gás ao redor desses colossais corpos emitem grande quantidade de energia devido à acreção de massa para dentro dos BNSMs, processo conhecido como o 'motor central' do núcleo galático ativo (NGA). No "modelo unificado" das NGAs, o gás e a poeira formam um geometricamente e opticamente espesso "torus", o qual obscurece a região da linha de emissão ampla ao redor do disco central de acreção.

O disco na forma desse torus pode conter centenas de milhares de vezes a massa do Sol, ou seja, um bilhão de vezes a massa de poeira em um típico disco protoplanetário. Em regiões de baixa temperatura de um disco protoplanetário tradicional, partículas de poeira geladas grudam uma nas outras e evoluem para dar origem a agregados cada vez maiores. Um disco de poeira ao redor de um BNSM é tão denso que a intensa radiação da região central é bloqueada e regiões de baixa temperatura são formadas. Aplicando a teoria padrão de formação planetária nos discos circum-nucleares de um BNSM, os pesquisadores no novo estudo encontraram que os planetas podem ser formados ao longo de um período de várias centenas de milhões de anos, com massas 10 vezes aquela da Terra e a uma distância de 10 anos-luz ao redor de um BNSM.

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1 parsec (pc) = ~3,26 anos-luz

Em específico, os pesquisadores investigaram um caminho de crescimento a partir de monômeros gelados de poeira de tamanho sub-mícron até corpos do tamanho da Terra fora da "linha de neve", localizada a vários parsecs dos BNSMs em núcleos galáticos ativos de baixa luminosidade. Eles encontraram que em contraste com os discos protoplanetários, a "barreira radial de deriva" (a chance dos agregados caírem para dentro da estrela antes de acumularem mais massa) não previne a formação de planetesimais em torno dos BNSMs. Na fase inicial da evolução, baixa velocidade de colisão entre partículas de poeira promovem agregação, diminuindo a densidade interna dos agregados ao longo do crescimento. Quando o tamanho dos agregados porosos alcança 0,1-1 cm, a compressão colisional se torna efetiva, e a diminuição da densidade interna para. Uma vez que agregados com tamanho de 10-100 m são formados, eles são desacoplados da turbulência de gás, e a camada agregada se torna gravitacionalmente instável, levando à formação de planetas via fragmentação da camada, com cerca de dez vezes a massa da Terra.

A escala de tempo de crescimento planetário ao redor de uma SMBH irá depender da turbulenta força do disco circum-nuclear e da massa do buraco negro, e é comparado ao tempo de vida do núcleo galático ativo (~100 milhões de anos) para SMBHs de baixas massas (~1 milhão de massas solares).

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No entanto, os pesquisadores já adiantam que observar planetas ao redor de um BNSM será bastante desafiador. As técnicas tradicionais para se detectar exoplanetas ao redor de estrelas - como micro-lente gravitacional, fotometria de transição, espectroscopia Doppler ou mesmo imagem direta - são inúteis para essa tarefa. Fotometria via um interferômetro de raios-X no espaço pode ser uma possível solução, mas a ocultação do disco de acreção pelos "planetas" seria difícil de distinguir da variabilidade temporal intrínseca dos NGAs. Outro método indireto proposto seria detectar as mudanças espectrais em comprimentos de onda na ordem de milímetros devido à variação de opacidade associada com o disco de crescimento assim como usado em discos protoplanetários.


(1) Publicação do estudo: arXiv