As lentes gravitacionais permitiram que o telescópio de raios-X Chandra medisse com muita precisão a velocidade de rotação de um buraco negro em uma das galáxias da constelação de Pégaso. Descobriu-se que ele se move ao redor do eixo quase tão rápido quanto a luz, escreveram os cientistas no Astrophysical Journal.
Qualquer grande massa de matéria interage com a luz e faz com que seus raios se curvem da mesma maneira que as lentes ópticas comuns. Os cientistas chamam esse efeito de lente gravitacional. Em alguns casos, a curvatura do espaço ajuda os astrônomos a ver objetos ultra-distantes - as primeiras galáxias do Universo e seus núcleos de quasar - que seriam inacessíveis para observação da Terra sem "aumento" gravitacional.
Se dois quasares, galáxias ou outros objetos estão localizados quase exatamente um atrás do outro para observadores na Terra, surge um fenômeno interessante. A luz de um objeto mais distante se dividirá ao passar pelas lentes gravitacionais do primeiro objeto. Por causa disso, veremos não dois, mas cinco pontos brilhantes, quatro dos quais serão "cópias" leves de um objeto mais distante.
Essa estrutura costuma ser chamada de "Cruz de Einstein" devido ao fato de sua existência ser prevista pela teoria da relatividade. Mais importante ainda, essa mesma teoria diz que cada cópia de um objeto será uma "fotografia" de um quasar, galáxia ou supernova em diferentes períodos de sua vida, devido ao fato de que sua luz passou uma quantidade de tempo diferente para sair da lente gravitacional.
Xinyu Dai da Universidade de Oklahoma em Norman (EUA) e seus colegas usaram os cruzamentos de Einstein para resolver um problema que muitos outros astrônomos pensavam ser impossível - eles foram capazes de medir diretamente a velocidade de rotação de vários buracos negros supermassivos de uma vez.
No passado, essas medições eram realizadas apenas indiretamente, uma vez que o buraco mais negro, apesar de sua enorme massa, não pode ser visto e medido. Dai e seus colegas chamaram a atenção para o fato de que tanto a massa quanto a velocidade de rotação de um buraco negro se refletem na aparência de seus raios X e no tamanho da região onde ele nasce.
Esta região é quase tão pequena quanto o próprio horizonte de eventos do buraco negro, tornando virtualmente impossível vê-lo em condições normais. Por outro lado, as "cruzes de Einstein" permitem que você faça isso se elas estiverem sobrepostas umas às outras ou a outros tipos de lentes gravitacionais.
Guiados por essa ideia, os astrofísicos estudaram as fotografias do céu noturno tiradas por "Chandra" e encontraram cinco quasares de uma vez, cuja luz foi amplificada de forma semelhante. Um deles, Q2237 + 0305, foi ampliado com tanto sucesso que os cientistas foram capazes de medir a velocidade de rotação do buraco negro com uma precisão recorde.
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Este objeto, localizado na constelação de Pégaso a uma distância de 8 bilhões de anos-luz da Terra, se move em seu eixo com uma velocidade impossivelmente rápida, cerca de 70% da velocidade da luz. As novas estimativas revelaram-se significativamente maiores do que as previsões obtidas indiretamente e são apenas 8% inferiores ao valor máximo permitido pela teoria.
Graças a uma rotação tão rápida, a Terra ou quaisquer outros objetos nas proximidades deste buraco negro permaneceriam estáveis e não cairiam sobre ela, mesmo se estivessem apenas 2-3 vezes mais distantes do horizonte de eventos do que a distância entre centro Q2237 + 0305 e esta linha imaginária.
Curiosamente, os outros quatro objetos tinham uma velocidade de rotação "normal", que era cerca de metade daquela do Q2237 + 0305. Por que isso acontece, os cientistas ainda não sabem dizer, mas presumem que essas diferenças refletem o que aconteceu com suas galáxias no passado distante.
