Observações recentes desafiam a nossa compreensão dos buracos negros gigantes
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Os buracos negros estão entre os objetos mais misteriosos e poderosos do Universo. Estes gigantes formam-se quando estrelas suficientemente massivas chegam ao fim do seu ciclo de vida e sofrem um colapso gravitacional, libertando as suas camadas exteriores numa supernova. A sua existência foi ilustrada pelo trabalho do astrônomo alemão Karl Schwarzschild e físico indiano-americano Subrahmanyan Chandrasekhar como consequência da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Na década de 1970, os astrónomos confirmaram que os buracos negros supermassivos (SMBHs) residem no centro de galáxias massivas e desempenham um papel vital na sua evolução.
No entanto, apenas nos últimos anos as primeiras imagens de buracos negros foram adquiridas pelo Telescópio Horizonte de Eventos (EHT). Estas e outras observações revelaram coisas sobre os buracos negros que desafiaram noções preconcebidas. Em um estudo recente liderados por uma equipe do MIT, os astrônomos observaram oscilações que sugeriam que um SMBH em uma galáxia vizinha estava consumindo uma anã branca. Mas em vez de a desmontar, como prevêem os modelos astronómicos, as suas observações sugerem que a anã branca estava a abrandar à medida que descia para o buraco negro – algo que os astrónomos nunca tinham visto antes!
Pelo que os astrónomos aprenderam sobre os buracos negros, estes gigantes gravitacionais estão rodeados por matéria em queda (gás, poeira e até luz) que forma discos brilhantes e rodopiantes. Este material e energia são acelerados até perto da velocidade da luz, fazendo com que liberte calor e radiação (principalmente no ultravioleta) à medida que se acumula lentamente na “face” do buraco negro. Esses raios UV interagem com uma nuvem de plasma eletricamente carregado (a coroa) que circunda o buraco negro, o que aumenta os raios no comprimento de onda dos raios X.
Desde 2011, o XMM-Newton da NASA tem observado 1ES 1927+654uma galáxia localizada a 236 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Draco, com um buraco negro de 1,4 milhão de massas solares do Sol em seu centro. Em 2018, a coroa de raios X desapareceu misteriosamente, seguida por uma explosão de rádio e um aumento na sua produção de raios X – o que é conhecido como oscilações quase periódicas (QPO). A professora associada da UMBC, Eileen Meyer, coautora deste último estudo, também publicou recentemente um artigo descrevendo essas explosões de rádio.
“Em 2018, o buraco negro começou a mudar as suas propriedades mesmo diante dos nossos olhos, com uma grande explosão óptica, ultravioleta e de raios X”, disse ela num comunicado da NASA. Comunicado de imprensa. “Muitas equipes têm estado de olho nisso desde então.” Meyer apresentou as descobertas de sua equipe no 245ª reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS), que aconteceu de 12 a 16 de janeiro de 2025, em National Harbor, Maryland. Em 2021, a coroa reapareceu e o buraco negro pareceu regressar ao seu estado normal durante cerca de um ano.
No entanto, de Fevereiro a Maio de 2024, dados de rádio revelaram o que pareciam ser jactos de gás ionizado que se estendiam por cerca de meio ano-luz de ambos os lados do SMBH. “O lançamento de um jato de buraco negro nunca foi observado antes em tempo real”, observou Meyer. “Achamos que o fluxo começou mais cedo, quando os raios X aumentaram antes da explosão de rádio, e o jato foi protegido da nossa visão por gás quente até explodir no início do ano passado.” UM artigo relacionado sobre o jato de coautoria de Meyer e Masterson também foi apresentado na 245ª AAS.
Impressão artística da missão XMM-Newton da ESA no espaço. Crédito: ESA-C. Carreau
Além disso, observações recolhidas em Abril de 2023 mostraram um aumento de raios X de baixa energia durante meses, o que indicava que uma forte e inesperada explosão de rádio estava em curso. Observações intensas foram montadas em resposta pelo Matriz de linha de base muito longa (VLBA) e outras instalações, incluindo XMM-Newton. Graças às observações do XMM-Newton, Masterson descobriu que o buraco negro exibiu variações extremamente rápidas de raios X de 10% entre julho de 2022 e março de 2024. Essas oscilações são normalmente muito difíceis de detectar em torno de SMBHs, sugerindo que um objeto massivo estava orbitando rapidamente. o SMBH e sendo consumido lentamente.
“Uma maneira de produzir essas oscilações é com um objeto orbitando dentro do disco de acreção do buraco negro. Neste cenário, cada subida e descida dos raios X representa um ciclo orbital”, disse Masterson. Cálculos adicionais também mostraram que o objeto é provavelmente uma anã branca com cerca de 0,1 massa solar orbitando a uma velocidade de cerca de 333 milhões de km/h (207 milhões de mph). Normalmente, os astrónomos esperariam que o período orbital encurtasse, produzindo ondas gravitacionais (GWs) que drenam a energia orbital do objecto e o aproximam do limite exterior do buraco negro (o horizonte de eventos).
No entanto, as mesmas observações realizadas entre 2022 e 2024 mostraram que o período de flutuação caiu de 18 para 7 minutos, e a velocidade aumentou para metade da velocidade da luz (540 milhões de km/h; 360 milhões de mph). Então, aconteceu algo verdadeiramente estranho e inesperado: as oscilações se estabilizaram. Como Masterson explicou:
“Ficamos chocados com isso no início. Mas percebemos que à medida que o objeto se aproximava do buraco negro, a sua forte atração gravitacional poderia começar a retirar matéria do companheiro. Esta perda de massa poderia compensar a energia removida pelas ondas gravitacionais, interrompendo o movimento da companheira para dentro.”
Impressão artística de duas estrelas de nêutrons no ponto em que elas se fundem e explodem como uma quilonova. Crédito: Universidade de Warwick/Mark Garlick
Esta teoria é consistente com o que os astrónomos observaram com anãs brancas binárias espiralando uma em direção à outra e destinadas a fundir-se. À medida que se aproximavam, em vez de permanecerem intactos, um começava a arrancar matéria do outro, o que retardava a aproximação dos dois objetos. Embora este possa ser o caso aqui, não existe uma teoria estabelecida para explicar o que Masterson, Meyer e os seus colegas observaram. No entanto, seu modelo faz uma previsão importante que pode ser testada quando o Antena Espacial de Interferômetro Laser da ESA (LISA) lançamento na década de 2030.
“Prevemos que se houver uma anã branca em órbita em torno deste buraco negro supermassivo, o LISA deverá vê-la”, diz Megan. A pré-impressão do artigo de Masterson e de sua equipe recentemente apareceu on-line e será publicado em Natureza em 15 de fevereiro de 2025.
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