09/02/2023 - 9:03
Os buracos negros são coisas bizarras, mesmo para os padrões dos astrônomos. Sua massa é tão grande que dobra o espaço ao seu redor com tanta força que nada pode escapar, nem mesmo a própria luz.
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E ainda, apesar de sua famosa negritude, alguns buracos negros são bastante visíveis. O gás e as estrelas que esses vácuos galácticos devoram são sugados para um disco brilhante antes de sua viagem unidirecional para o buraco, e esses discos podem brilhar mais intensamente do que galáxias inteiras.
Mais estranho ainda, esses buracos negros brilham. O brilho dos discos cintilantes pode variar de um dia para o outro, e ninguém sabe ao certo por quê.
Pegamos carona no esforço de defesa de asteroides da Nasa para observar mais de 5 mil dos buracos negros de crescimento mais rápido no céu por cinco anos, na tentativa de entender por que esse brilho ocorre. Em um novo artigo na Nature Astronomy, relatamos nossa resposta: uma espécie de turbulência impulsionada pelo atrito e intensos campos gravitacionais e magnéticos.
Devoradores de estrelas gigantes
Estudamos buracos negros supermassivos, do tipo que ficam no centro das galáxias e são tão massivos quanto milhões ou bilhões de sóis.
Nossa própria galáxia, a Via Láctea, tem um desses gigantes em seu centro, com uma massa de cerca de 4 milhões de Sóis. Na maior parte, os cerca de 200 bilhões de estrelas que compõem o resto da galáxia (incluindo o nosso Sol) orbitam alegremente em torno do buraco negro no centro.
No entanto, as coisas não são tão pacíficas em todas as galáxias. Quando pares de galáxias se atraem por meio da gravidade, muitas estrelas podem acabar puxadas para muito perto do buraco negro de sua galáxia. Isso acaba mal para as estrelas: elas são dilaceradas e devoradas.
Estamos confiantes de que isso deve ter acontecido em galáxias com buracos negros que pesam até 1 bilhão de Sóis, porque não podemos imaginar de que outra forma eles poderiam ter crescido tanto. Também pode ter acontecido na Via Láctea no passado.
Os buracos negros também podem se alimentar de uma maneira mais lenta e suave: sugando nuvens de gás expelidas por estrelas geriátricas conhecidas como gigantes vermelhas.
Tempo de alimentação
Em nosso novo estudo, observamos de perto o processo de alimentação entre os 5 mil buracos negros de crescimento mais rápido no universo.
Em estudos anteriores, descobrimos os buracos negros com o apetite mais voraz. No ano passado, encontramos um buraco negro que come o equivalente a uma Terra a cada segundo. Em 2018, encontramos um que come um Sol inteiro a cada 48 horas.
Mas temos muitas perguntas sobre seu comportamento real de alimentação. Sabemos que o material a caminho do buraco espirala em um “disco de acreção” brilhante que pode ser brilhante o suficiente para ofuscar galáxias inteiras. Esses buracos negros que se alimentam visivelmente são chamados de quasares.
A maioria desses buracos negros está muito, muito longe – muito longe para que possamos ver qualquer detalhe do disco. Temos algumas imagens de discos de acreção em torno de buracos negros próximos, mas eles estão apenas respirando algum gás cósmico em vez de se banquetear com as estrelas.
Cinco anos de buracos negros bruxuleantes
Em nosso novo trabalho, usamos dados do telescópio ATLAS da Nasa no Havaí. Ele varre todo o céu todas as noites (se o tempo permitir), monitorando a presença de asteroides que se aproximam da Terra vindos da escuridão externa.
Essas varreduras de todo o céu também fornecem um registro noturno do brilho de buracos negros famintos, bem no fundo. Nossa equipe montou um filme de cinco anos de cada um desses buracos negros, mostrando as mudanças diárias no brilho causadas pelo turbilhão borbulhante e fervente do disco de acreção.
O piscar desses buracos negros pode nos dizer algo sobre os discos de acreção.
Em 1998, os astrofísicos Steven Balbus e John Hawley propuseram uma teoria de “instabilidades magneto-rotacionais” que descreve como os campos magnéticos podem causar turbulência nos discos. Se essa for a ideia certa, os discos devem crepitar em padrões regulares. Eles piscariam em padrões aleatórios que se desdobrariam à medida que os discos orbitassem. Discos maiores orbitam mais lentamente com uma cintilação lenta, enquanto órbitas mais estreitas e rápidas em discos menores cintilam mais rapidamente.
Mas os discos no mundo real provariam ser tão simples, sem maiores complexidades? (Se “simples” é a palavra certa para turbulência em um ambiente ultradenso e fora de controle, embutido em intensos campos gravitacionais e magnéticos, onde o próprio espaço é dobrado ao ponto de ruptura, talvez seja uma questão separada.)
Usando métodos estatísticos, medimos o quanto a luz emitida por nossos 5 mil discos cintilou ao longo do tempo. O padrão de cintilação em cada um parecia um pouco diferente.
Mas quando os classificamos por tamanho, brilho e cor, começamos a ver padrões intrigantes. Conseguimos determinar a velocidade orbital de cada disco – e uma vez que você configurou seu relógio para funcionar na velocidade do disco, todos os padrões de oscilação começaram a parecer os mesmos.
Esse comportamento universal é de fato previsto pela teoria das “instabilidades magneto-rotacionais”.
Isso foi reconfortante! Isso significa que esses turbilhões incompreensíveis são “simples”, afinal.
E abre novas possibilidades. Acreditamos que as diferenças sutis remanescentes entre os discos de acreção ocorrem porque os observamos de diferentes orientações.
O próximo passo é examinar essas diferenças sutis mais de perto e ver se elas contêm pistas para discernir a orientação de um buraco negro. Posteriormente, nossas medições futuras de buracos negros poderiam ser ainda mais precisas.
* Christian Wolf é professor associado de astronomia e astrofísica na Universidade Nacional Australiana (ANU).
** Este artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.
