Dois novos trabalhos de pesquisa nos permitem chegar perto do horizonte de eventos e eventos de imagem na região das órbitas estáveis mais próximas do buraco negro. Os autores de ambos os estudos observam as emissões periódicas que ocorrem quando a matéria negra começa a absorver nova matéria.
Os próprios buracos negros absorvem toda a luz fora de seu horizonte de eventos, e o espaço fora desse horizonte de eventos geralmente emite essa luz em grandes quantidades. Isso se deve ao fato de que a matéria que cai em um buraco negro tem uma enorme carga de energia. Ele perde torque e colide com outro material em órbita ao redor do buraco negro. Assim, embora não possamos obter uma imagem do buraco negro diretamente, podemos tirar algumas conclusões sobre suas propriedades tirando proveito da luz do ambiente que ele cria.
Duas pesquisas foram publicadas esta semana que nos permitem chegar mais perto do espaço perto do horizonte de eventos e eventos de imagem na região das órbitas estáveis mais próximas do buraco negro. Os autores de um desses artigos chegaram à seguinte conclusão: um buraco negro supermassivo gira tão rápido que um ponto em sua superfície se move a uma velocidade igual a cerca de metade da velocidade da luz.
Eco de brilho
Os autores de ambos os estudos observam as emissões periódicas que ocorrem quando a matéria negra começa a absorver nova matéria. Esta substância é canalizada para o buraco através de uma estrutura plana centrada em um buraco negro. Essa estrutura é chamada de disco de acreção. À medida que surge uma nova matéria, o disco esquenta, tornando o buraco negro mais brilhante. Por causa disso, mudanças ocorrem no espaço circundante. Os autores de ambos os estudos estão procurando uma resposta para a questão do que essas mudanças podem nos dizer sobre o buraco negro e o espaço em sua vizinhança.
Em um desses artigos, a atenção dos cientistas está voltada para um buraco negro com massa estelar, que é 10 vezes a massa do Sol. Em resposta à entrada da matéria, uma dessas estrelas criou um evento transiente chamado MAXI J1820 + 070. Seu nome vem do instrumento MAXI da ISS, que é projetado para conduzir observações astronômicas na faixa de raios-X. Após a descoberta deste evento, foi possível realizar novas observações utilizando o equipamento ISS denominado NICER, que examina a composição interna de estrelas de nêutrons. Este equipamento pode fazer medições muito rápidas de raios-X emitidos por fontes astronômicas, o que permite monitorar com eficácia as mudanças de curto prazo em um objeto.
Nesse caso, o instrumento NICER foi utilizado para analisar o "eco da luz". A questão é que, além do disco de acreção, os buracos negros têm uma corona, que é uma bolha de matéria carregada energeticamente localizada acima e abaixo do plano do disco. Esta própria corona emite raios-X que podem ser detectados por instrumentos. Mas esses raios X também atingem o disco de acreção e alguns deles são refletidos em nossa direção. Esse eco de luz pode nos dar alguns detalhes sobre o disco de acreção.
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Resolvendo o mistério
Nesse caso, o eco de luz ajudou a resolver o quebra-cabeça. Imagens tiradas de buracos negros superdensos no centro das galáxias indicam que o disco de acreção se estendeu ao longo da órbita estável mais próxima do buraco negro. No entanto, as medições dos buracos negros de massa estelar indicam que as bordas do disco de acreção estão muito mais distantes. Uma vez que as propriedades físicas provavelmente não mudam com o tamanho, essas medições confundiram um pouco os cientistas.
Uma nova análise mostra que existem propriedades variáveis e constantes nos raios-X MAXI J1820 + 070. Propriedades constantes indicam que o disco de acreção que cria o eco não muda sua localização. E as propriedades variáveis indicam que quando um buraco negro devora matéria, sua corona se torna mais compacta e, portanto, a fonte de raios-X é deslocada. Os detalhes do sinal constante indicam que o disco de acreção está muito mais próximo do buraco negro. Graças a isso, as novas medições estão totalmente de acordo com o que sabemos sobre versões superdensas de buracos negros.
Morte de uma estrela
No território superdenso está o objeto ASASSN-14li, descoberto durante a exploração automática de supernovas. Este objeto tinha propriedades que são comumente encontradas em um evento denominado interrupção das marés. Durante esse evento, o buraco negro, pela força de sua gravidade, despedaça uma estrela que está muito perto dele. No entanto, observações subsequentes mostraram que este sinal tem uma estrutura bastante estranha. A cada 130 segundos, ele disparou por um curto período.
Esse sinal não era muito diferente do fundo contra o qual ocorreu a destruição da estrela, mas foi detectado por três instrumentos diferentes, o que indica que algo está acontecendo periodicamente. A explicação mais simples é que parte da estrela entrou em órbita ao redor do buraco negro. A frequência de tais órbitas depende da massa e da velocidade de rotação do buraco negro, bem como da distância entre o buraco negro e o objeto orbitando ao seu redor. Por outro lado, a rotação de um buraco negro é difícil de medir e, portanto, os cientistas reproduzem as simulações muitas vezes, testando várias configurações do sistema do buraco negro.
A massa de um buraco negro é determinada com base no tamanho da galáxia em que está localizado. Existe uma relação simples entre a velocidade de rotação e a distância orbital: quanto mais próximo tal algo estiver do buraco negro, mais lentamente o buraco negro gira para que o objeto se mova em órbita na mesma velocidade. Assim, ao calcular a órbita mais próxima possível, os cientistas foram capazes de determinar o valor mínimo da velocidade de rotação.
Os cálculos realizados indicam que o buraco negro gira pelo menos com uma velocidade tal que um ponto em sua superfície se move a uma velocidade metade da velocidade da luz. (Para lhe dar uma ideia mais completa, deve-se dizer que os buracos negros superdensos podem ser tão grandes que têm o mesmo raio da órbita de Saturno ou Netuno.) Se a matéria orbita um pouco mais longe do centro, o buraco negro também pode acelera sua rotação.
Ainda não podemos obter imagens de buracos negros diretamente, mas estudos têm mostrado que numerosos eventos ocorrem neles, o que pode nos fornecer muitos dados sobre seu comportamento no Universo. E isso nos permite tirar certas conclusões sobre as propriedades dos próprios buracos negros, bem como sobre a matéria que aguarda nas asas para entrar neles. Também estamos começando a obter informações de observações de ondas gravitacionais que nos dão uma ideia da massa e da rotação dos buracos negros em colisão. Juntos, esses dados removem um halo de obscuridade dos buracos negros, e eles não são mais um território inexplorado para nós.
John Timmer
