Neste quadro da nova visualização, um buraco negro supermassivo pesando 200 milhões de massas solares está em primeiro plano. Sua gravidade distorce a luz do disco de acreção de um buraco negro companheiro menor quase diretamente atrás dele, criando esta visão surreal. Cores diferentes para os discos de acreção facilitam o rastreamento das contribuições de cada um. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA / Jeremy Schnittman e Brian P. Powell
Um par de buracos negros em órbita milhões de vezes a massa do Sol executam um pas de deux hipnótico em uma nova visualização da NASA. O filme traça como os buracos negros distorcem e redirecionam a luz que emana do redemoinho de gás quente - chamado de disco de acreção - que envolve cada um.
Visto de perto do plano orbital, cada disco de acreção assume uma aparência de corcunda dupla característica. Mas quando um passa na frente do outro, a gravidade do buraco negro em primeiro plano transforma seu parceiro em uma sequência de arcos que muda rapidamente. Essas distorções aparecem à medida que a luz de ambos os discos navega pelo tecido emaranhado do espaço e do tempo perto dos buracos negros.
"Estamos vendo dois buracos negros supermassivos, um maior com 200 milhões de massas solares e um companheiro menor pesando a metade, "disse Jeremy Schnittman, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, quem criou a visualização. "Esses são os tipos de sistemas binários de buraco negro em que achamos que ambos os membros poderiam manter discos de acreção com duração de milhões de anos."
Os discos de acreção têm cores diferentes, vermelho e azul, para facilitar o rastreamento das fontes de luz, mas a escolha também reflete a realidade. O gás mais quente emite luz perto da extremidade azul do espectro, e o material orbitando buracos negros menores experimenta efeitos gravitacionais mais fortes que produzem temperaturas mais altas. Para essas massas, ambos os discos de acreção iriam realmente emitir a maior parte de sua luz no UV, com o disco azul atingindo uma temperatura ligeiramente superior.
Visualizações como essa ajudam os cientistas a imaginar as consequências fascinantes do espelho da casa de diversões de extrema gravidade. O novo vídeo se duplica em relação a um anterior produzido por Schnittman, mostrando um buraco negro solitário de vários ângulos.
Visto quase da mesma maneira, os discos de acreção parecem visivelmente mais brilhantes de um lado. A distorção gravitacional altera os caminhos da luz que vem de diferentes partes dos discos, produzindo a imagem distorcida. O movimento rápido do gás perto do buraco negro modifica a luminosidade do disco por meio de um fenômeno chamado Doppler boosting - um efeito da teoria da relatividade de Einstein que ilumina o lado que gira em direção ao observador e escurece o lado girando.
Uma visão frontal do sistema destaca a imagem distorcida do buraco negro menor (inserção) de seu companheiro maior. Para alcançar a câmera, o buraco negro menor deve desviar a luz de seu companheiro vermelho em 90 graus. O disco de acreção desta imagem secundária aparece como uma linha, o que significa que estamos tendo uma visão lateral do companheiro vermelho - ao mesmo tempo que o vemos de cima. Uma imagem secundária do disco azul também se forma fora do anel brilhante de luz mais próximo do buraco negro maior, também. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA / Jeremy Schnittman e Brian P. Powell
A visualização também mostra um fenômeno mais sutil denominado aberração relativística. Os buracos negros parecem menores à medida que se aproximam do visualizador e maiores quando se afastam.
Esses efeitos desaparecem ao visualizar o sistema de cima, mas surgem novos recursos. Ambos os buracos negros produzem pequenas imagens de seus parceiros que circulam em torno deles a cada órbita. Olhando mais de perto, é claro que essas imagens são, na verdade, visualizações de ponta. Para produzi-los, a luz dos buracos negros deve ser redirecionada em 90 graus, o que significa que estamos observando os buracos negros de duas perspectivas diferentes - de frente e de lado - ao mesmo tempo.
"Um aspecto impressionante desta nova visualização é a natureza auto-similar das imagens produzidas por lentes gravitacionais, "Schnittman explicou." Aproximar cada buraco negro revela múltiplos, imagens cada vez mais distorcidas de seu parceiro. "
Schnittman criou a visualização computando o caminho percorrido pelos raios de luz dos discos de acreção conforme eles percorriam o espaço-tempo deformado em torno dos buracos negros. Em um computador desktop moderno, os cálculos necessários para fazer os frames do filme levariam cerca de uma década. Assim, Schnittman se juntou ao cientista de dados de Goddard, Brian P. Powell, para usar o supercomputador Discover no Centro de Simulação Climática da NASA. Usando apenas 2% dos 129 do Discover, 000 processadores, esses cálculos demoraram cerca de um dia.
Os astrônomos esperam isso, em um futuro não muito distante, eles serão capazes de detectar ondas gravitacionais - ondulações no espaço-tempo - produzidas quando dois buracos negros supermassivos em um sistema muito parecido com o que Schnittman descreveu em espiral juntos e se fundem.
