Esta ilustração mostra um disco de gás quente girando em torno de um buraco negro. O fluxo de gás que se estende para a direita é o que resta de uma estrela que foi desmembrada pelo buraco negro. NASA/JPL-Caltech Os buracos negros são coisas bizarras, mesmo para os padrões dos astrônomos. Sua massa é tão grande que curva o espaço ao seu redor com tanta força que nada consegue escapar, até mesmo a própria luz.
E, no entanto, apesar da sua famosa escuridão, 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 só de ida 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 brilhantes pode variar de um dia para o outro e ninguém sabe ao certo por quê.
Aproveitamos o esforço de defesa de asteróides da NASA para observar mais de 5.000 dos buracos negros de crescimento mais rápido no céu durante cinco anos, numa tentativa de compreender porque é que este brilho ocorre. Num artigo publicado na Nature Astronomy em 2 de fevereiro de 2023, relatamos nossa resposta:é um tipo de turbulência impulsionada por fricção e intensos campos gravitacionais e magnéticos.
Conteúdo
Buracos negros são gigantescos comedores de estrelas
Hora de alimentação do buraco negro
Cinco anos de buracos negros tremeluzentes
Buracos negros são gigantescos comedores de estrelas
Estudamos buracos negros supermassivos, os tipos que ficam nos centros das galáxias e têm a massa de milhões ou bilhões de sóis.
A nossa própria galáxia, a Via Láctea, tem um destes gigantes no seu centro, com uma massa de cerca de 4 milhões de sóis. Na maior parte, os cerca de 200 mil milhões de estrelas que constituem 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 através da gravidade, muitas estrelas podem acabar puxadas para demasiado perto do buraco negro da sua galáxia. Isto acaba mal para as estrelas:elas são dilaceradas e devoradas.
Estamos confiantes de que isto deve ter acontecido em galáxias com buracos negros que pesam até mil milhões de sóis, porque não conseguimos imaginar de que outra forma poderiam ter crescido tanto. Também pode ter acontecido na Via Láctea no passado.
Os buracos negros também podem alimentar-se de uma forma mais lenta e suave:sugando nuvens de gás expelidas por estrelas geriátricas conhecidas como gigantes vermelhas. Esta sequência de ilustrações mostra como um buraco negro pode devorar uma estrela que o ignora. 1. Uma estrela normal passa perto de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia. 2. O buraco negro atrai os gases externos da estrela para o seu campo gravitacional. 3. As forças das marés destroem a estrela e a separam. 4. Finalmente, o buraco negro puxa os restos estelares em um anel em forma de rosca ao seu redor. Isso acabará sendo sugado para dentro do buraco negro, liberando uma enorme quantidade de luz e radiação de alta energia. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Hora de alimentação do buraco negro
No nosso estudo, analisámos atentamente o processo de alimentação entre os 5.000 buracos negros de crescimento mais rápido no Universo.
Em estudos anteriores, descobrimos os buracos negros com o apetite mais voraz. Em 2022, encontramos um buraco negro que consome material equivalente ao da Terra a cada segundo. Em 2018, descobrimos outro buraco negro que devora um sol inteiro a cada 48 horas.
Mas temos muitas perguntas sobre seu comportamento alimentar real. Sabemos que o material a caminho do buraco se transforma 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 – longe demais para que possamos ver qualquer detalhe dos discos. 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 banquetearem com estrelas.
Cinco anos de buracos negros tremeluzentes
Nesta ilustração, a luz de um buraco negro menor (esquerda) curva-se em torno de um buraco negro maior e forma uma imagem quase espelhada do outro lado. A gravidade de um buraco negro pode distorcer a própria estrutura do espaço, de modo que a luz que passa perto do buraco negro seguirá um caminho curvo ao seu redor. Caltech-IPAC No nosso trabalho mais recente, utilizámos dados do telescópio ATLAS da NASA, no Havai. Ele varre todo o céu todas as noites (se o tempo permitir), monitorando asteróides que se aproximam da Terra vindos da escuridão exterior.
Essas varreduras de todo o céu também fornecem um registro noturno do brilho de buracos negros famintos nas profundezas do fundo. A nossa equipa elaborou um filme de cinco anos de cada um desses buracos negros, mostrando as mudanças diárias no brilho causadas pelo turbilhão brilhante e borbulhante do disco de acreção.
O brilho destes 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 deverão chiar em padrões regulares. Eles brilhariam em padrões aleatórios que se desdobrariam à medida que os discos orbitassem. Discos maiores orbitam mais lentamente com um brilho lento, enquanto órbitas mais estreitas e rápidas em discos menores brilham mais rapidamente.
Mas será que os discos do mundo real seriam tão simples, sem maiores complexidades? (Se “simples” é a palavra certa para turbulência num ambiente ultradenso e fora de controlo, imerso em intensos campos gravitacionais e magnéticos, onde o próprio espaço é curvado até ao ponto de ruptura, talvez seja uma questão à parte.)
Usando métodos estatísticos, medimos o quanto a luz emitida pelos nossos 5.000 discos tremeluziu ao longo do tempo. O padrão de oscilação em cada um deles 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 assim que você ajustou o relógio para funcionar na velocidade do disco, todos os padrões de oscilação começaram a parecer iguais.
Este comportamento universal é de fato previsto pela teoria das "instabilidades magneto-rotacionais". Isso foi reconfortante. Isso significa que esses turbilhões alucinantes são, afinal, “simples”.
E abre novas possibilidades. Acreditamos que as diferenças sutis restantes entre os discos de acreção ocorrem porque os observamos de diferentes orientações.
O próximo passo é examinar estas diferenças subtis mais de perto e ver se contêm pistas para discernir a orientação de um buraco negro. Eventualmente, nossas medições futuras de buracos negros poderão ser ainda mais precisas.
Christian Wolf é professor associado de astronomia e astrofísica na Australian National University. Ele recebe financiamento do Australian Research Council (ARC) e é membro da Astronomical Society of Australia (ASA).
Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Você pode encontrar o artigo original aqui.
