Primeira prova de que existem regiões em queda livre em torno de buracos negros no espaço

Um buraco negro puxando material de uma estrela companheira em sua direção, formando um disco que gira em torno do buraco negro antes de cair nele. Crédito:NASA/CXC/ M. Weiss.

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Física de Oxford provou que Einstein estava correto sobre uma previsão importante relativa aos buracos negros. Utilizando dados de raios X para testar a teoria da gravidade de Einstein, o seu estudo fornece a primeira prova observacional de que existe uma “região de mergulho” em torno dos buracos negros:uma área onde a matéria deixa de circular no buraco e cai directamente para dentro. que esta região exerce algumas das forças gravitacionais mais fortes já identificadas na galáxia. As descobertas foram publicadas em Avisos Mensais da Royal Astronomical Society .

As novas descobertas fazem parte de amplas investigações sobre mistérios notáveis em torno dos buracos negros realizadas por astrofísicos da Universidade de Física de Oxford. Este estudo concentrou-se em buracos negros menores relativamente próximos da Terra, usando dados de raios X coletados dos telescópios Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) e da estrela de nêutrons Interior Composition Explorer (NICER) da NASA. Ainda este ano, uma segunda equipa de Oxford espera aproximar-se da gravação dos primeiros vídeos de buracos negros maiores e mais distantes, como parte de uma iniciativa europeia.

Ao contrário da teoria da gravidade de Newton, a teoria de Einstein afirma que suficientemente perto de um buraco negro é impossível que as partículas sigam órbitas circulares com segurança. Em vez disso, “mergulham” rapidamente em direção ao buraco negro a uma velocidade próxima da luz. O estudo de Oxford avaliou esta região em profundidade pela primeira vez, utilizando dados de raios X para obter uma melhor compreensão da força gerada pelos buracos negros.

"Esta é a primeira visão de como o plasma, descascado da borda externa de uma estrela, sofre sua queda final no centro de um buraco negro, um processo que acontece em um sistema a cerca de dez mil anos-luz de distância", disse o Dr. Andrew Mummery. , da Universidade de Física de Oxford, que liderou o estudo. "O que é realmente emocionante é que existem muitos buracos negros na galáxia, e agora temos uma nova e poderosa técnica para usá-los no estudo dos campos gravitacionais mais fortes conhecidos."

“A teoria de Einstein previa que este mergulho final existiria, mas esta é a primeira vez que conseguimos demonstrar que isso aconteceu”, continuou o Dr. Mummery. "Pense nisso como um rio se transformando em uma cachoeira - até agora, estivemos olhando para o rio. Esta é a primeira vez que avistamos a cachoeira."

"Acreditamos que isto representa um novo e excitante desenvolvimento no estudo dos buracos negros, permitindo-nos investigar esta área final em torno deles. Só então poderemos compreender completamente a força gravitacional," acrescentou Mummery. "Este mergulho final de plasma acontece na extremidade de um buraco negro e mostra a matéria respondendo à gravidade na sua forma mais forte possível."

Os astrofísicos já há algum tempo tentam entender o que acontece perto da superfície do buraco negro e fazem isso estudando discos de material que orbitam ao seu redor. Existe uma região final do espaço-tempo, conhecida como região de mergulho, onde é impossível parar uma descida final para o buraco negro e o fluido circundante está efetivamente condenado.

O debate entre astrofísicos está em andamento há muitas décadas sobre se a chamada região de mergulho seria detectável. A equipe de Oxford passou os últimos anos desenvolvendo modelos para ele e, no estudo recém-publicado, demonstra sua primeira detecção confirmada usando telescópios de raios X e dados da Estação Espacial Internacional.

Embora este estudo se concentre em pequenos buracos negros mais próximos da Terra, uma segunda equipa de estudo da Universidade de Física de Oxford faz parte de uma iniciativa europeia para construir um novo telescópio, o Africa Millimeter Telescope, que aumentaria enormemente a nossa capacidade de fazer imagens diretas de buracos negros. . Mais de 10 milhões de euros de financiamento já foram garantidos, parte dos quais apoiará vários primeiros doutoramentos em astrofísica para a Universidade da Namíbia, trabalhando em estreita colaboração com a equipa da Universidade de Física de Oxford.

Espera-se que o novo telescópio permita a observação e filmagem, pela primeira vez, de grandes buracos negros no centro da nossa própria galáxia, bem como muito além. Tal como acontece com os pequenos buracos negros, espera-se que os grandes buracos negros tenham o chamado “horizonte de eventos”, arrastando material do espaço em direção ao seu centro numa espiral à medida que o buraco negro gira. Estas representam fontes de energia quase inimagináveis e a equipa espera observá-las – e filmá-las – a rodar pela primeira vez.

O estudo "Emissão contínua de dentro da região de mergulho dos discos de buracos negros" foi publicado na revista Monthly Notices of the Astronomical Society.

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