Às vezes, os astrónomos têm sorte e captam um evento que podem observar para ver como evoluem as propriedades de alguns dos objetos mais massivos do Universo. Isso aconteceu em fevereiro de 2020, quando uma equipa de astrónomos internacionais liderada por Dheeraj (DJ) Pasham, no MIT, descobriu um tipo particular de evento emocionante que os ajudou a registar a velocidade a que um buraco negro supermassivo girava pela primeira vez.
Pasham encontrou AT2020ocn, um flash brilhante capturado pela Zwicky Transient Facility no Observatório Palomar. Ele pensou que isso poderia significar um evento de interrupção das marés (TDE). Nestes eventos extremos, um buraco negro destrói uma estrela. Parte dos restos da estrela é expelida do buraco negro, mas parte cai no disco de acreção. E a forma como caem pode ser a chave para compreender como um buraco negro gira.
A forma como esse disco se acumula é atribuível a uma teoria cosmológica chamada precessão de Lense-Thirring, que mostra como o espaço-tempo é distorcido por poderosos campos gravitacionais – como os que rodeiam os buracos negros. A teoria de Lense-Thirring prevê que um disco de acreção formado após um TDE “oscilaria” logo após o evento, antes de se estabelecer num padrão mais padrão de matéria orbitando um buraco negro. A chave seria detectar um evento TDE muito cedo depois de ter acontecido e depois observar a “oscilação” resultante durante o maior período de tempo possível.
Portanto, capturar o AT2020ocn foi apenas o primeiro passo – depois os autores tiveram que monitorá-lo – de preferência durante meses. Para fazer isso, eles recrutaram o Neutron Star Interior Composition ExploreR (NICER), um telescópio de raios X acoplado à ISS. O NICER observou a galáxia contendo AT2020ocn por 200 dias imediatamente após o flash brilhante capturado por Zwicky.
Eles começaram a notar um padrão. A cada 15 dias, a quantidade de raios X emitidos em torno do buraco negro atingia um pico acentuado, indicando a potencial “oscilação” que procuravam. Conectando essa frequência às equações da teoria de Lense-Thirring, juntamente com estimativas da massa da estrela e da massa do buraco negro, eles determinaram que o buraco negro girava a 25% da velocidade da luz – o que na verdade é relativamente lento para um buraco negro. .
A velocidade de rotação de um buraco negro pode aumentar ou diminuir dependendo do seu ambiente local. À medida que absorve mais material, normalmente na forma de matéria do seu disco de acreção caindo nele, sua velocidade de rotação aumenta. Por outro lado, se colidir com outro buraco negro, a velocidade de rotação global poderá diminuir, uma vez que as rotações dos dois buracos negros poderão ser opostas. Parece que foi isso que aconteceu com o buraco negro que causou o TDE AT2020ocn, dada a sua velocidade relativamente lenta em comparação com outros buracos negros.
As descobertas deste trabalho foram publicadas recentemente em um artigo na Nature. Eles também potencialmente estabelecem as bases para o cálculo da rotação de outros buracos negros supermassivos na galáxia. O Dr. Pasham acredita que os astrónomos poderiam calcular as rotações de centenas de buracos negros, abrindo perspectivas sobre a sua formação e ciclo de vida.
Mas para isso ainda precisarão de muita sorte. Os TDEs são eventos relativamente raros e, mesmo quando acontecem, existem restrições óbvias de recursos no tempo do telescópio. O Observatório Vera Rubin pode ajudar, pois monitorará grandes pedaços do céu, mas não está programado para entrar em operação até meados do próximo ano. Até então, os interessados em rastrear as rotações dos buracos negros poderão ter que confiar no acaso para encontrar um evento raro e ter tempo de telescópio para monitorá-lo.
Saber mais:
COM – Usando material estelar oscilante, astrônomos medem pela primeira vez a rotação de um buraco negro supermassivo
Pasham et al. – Precessão de Lense-Thirring após um buraco negro supermassivo perturbar uma estrela
UT – Buracos negros estão disparando feixes de partículas, mudando de alvo ao longo do tempo
UT – O buraco negro da Via Láctea está girando o mais rápido que pode
Imagem principal:
Representação artística de como o disco de acreção em torno de um buraco negro pode oscilar em frequência com a sua rotação e como essa oscilação pode ser captada por um sensor próximo da Terra.
Créditos: Michal Zajacek e Dheeraj Pasham
