Astrônomos avistaram pela primeira vez raios-x atrás de um buraco negro supermassivo
Natureza e espaço

Astrônomos avistaram pela primeira vez raios-x atrás de um buraco negro supermassivo

A descoberta pode ajudar os cientistas a entender melhor por que os buracos negros são tão poderosos.

Quando o gás cai em um buraco negro, ele libera uma enorme quantidade de energia e expele radiação eletromagnética em todas as direções, tornando esses objetos astronômicos alguns dos mais brilhantes do universo conhecido. Mas os cientistas só foram capazes de ver a luz e outras radiações de um buraco negro supermassivo quando ela incide diretamente em nossos telescópios — qualquer coisa por trás dele sempre ficava obscurecida.

Até agora. Um novo estudo publicado na Nature demonstra a primeira detecção de radiação vinda de trás de um buraco negro, dobrado como resultado da deformação do espaço-tempo em torno do objeto. É outra prova da teoria da relatividade geral de Einstein.

“Este é um resultado realmente emocionante”, disse Edward Cackett, astrônomo da Wayne State University que não esteve envolvido no estudo. “Embora já tenhamos visto assinaturas de ecos de raios-X antes, até agora não foi possível separar o eco que vem de trás do buraco negro e se curva em nossa linha de visão. Isso permitirá um melhor mapeamento de como as coisas caem em buracos negros e como os buracos negros dobram o espaço-tempo ao seu redor”.

A liberação de energia por buracos negros, às vezes na forma de raios X, é um processo absurdamente extremo. E, como os buracos negros supermassivos liberam muita energia, eles são essencialmente usinas de força que permitem que as galáxias cresçam ao seu redor. “Se você quiser entender como as galáxias se formam, você precisa entender esses processos fora do buraco negro que são capazes de liberar essas enormes quantidades de energia e poder, essas fontes de luz incrivelmente brilhantes que estamos estudando”, diz Dan Wilkins, astrofísico da Universidade de Stanford e principal autor do estudo.

O estudo se concentra em um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia chamada I Zwicky 1 (I Zw 1 para abreviar), a cerca de 100 milhões de anos-luz da Terra. Em buracos negros supermassivos como I Zw 1, grandes quantidades de gás caem em direção ao centro (o horizonte de eventos, que é basicamente o ponto sem retorno) e tendem a se achatar em um disco. Acima do buraco negro, uma confluência de partículas supercarregadas e a atividade do campo magnético resulta na produção de raios-x de alta energia.

Alguns desses raios X estão brilhando diretamente em nossa direção, e podemos observá-los normalmente, usando telescópios. Mas alguns deles também brilham em direção ao disco achatado de gás e são refletidos nele. A rotação do buraco negro I Zw 1 está diminuindo a uma taxa mais alta do que a observada na maioria dos buracos negros supermassivos, o que faz com que gás e poeira ao redor caiam mais facilmente e alimentem o buraco negro de várias direções. Isso, por sua vez, leva a maiores emissões de raios-X, razão pela qual Wilkins e sua equipe estavam especialmente interessados.

Enquanto Wilkins e sua equipe observavam este buraco negro, eles notaram que a corona parecia estar “piscando”. Esses flashes, causados ​​por pulsações de raios-X refletidos no enorme disco de gás, vinham de trás da sombra do buraco negro — um lugar que normalmente fica obscurecido. Mas, como o buraco negro dobra o espaço ao seu redor, os reflexos de raios-X também se curvam em torno dele, o que significa que podemos localizá-los.

Os sinais foram encontrados usando dois telescópios espaciais diferentes otimizados para detectar raios X no espaço: NuSTAR, da NASA, e XMM-Newton, da Agência Espacial Europeia.

A maior implicação das novas descobertas é que elas confirmam o que Albert Einstein previu como parte de sua teoria da relatividade geral — a maneira como a luz deveria se curvar em torno de objetos gigantescos como buracos negros supermassivos.

“Esta é a primeira vez que vimos a assinatura direta da forma como a luz se curva completamente atrás do buraco negro em nossa linha de visão, devido à forma como o buraco negro deforma o espaço ao seu redor”, diz Wilkins.

“Embora essa observação não mude nosso quadro geral de acúmulo de buracos negros, é uma boa confirmação de que a relatividade geral está em jogo nesses sistemas”, disse Erin Kara, astrofísica do MIT que não estava envolvida no estudo.

Apesar do nome, os buracos negros supermassivos estão tão distantes que realmente parecem pontos únicos de luz, mesmo com instrumentos de última geração. No entanto, não será possível obter imagens de todos eles da forma como os cientistas usaram o Telescópio Event Horizon para capturar a sombra de um buraco negro supermassivo na galáxia M87.  

Portanto, embora seja cedo, Wilkins e sua equipe estão esperançosos de que detectar e estudar mais desses ecos de raios-X por trás da curva pode nos ajudar a criar imagens parciais ou mesmo completas de buracos negros supermassivos distantes. Por sua vez, isso poderia ajudá-los a desvendar alguns grandes mistérios sobre como os buracos negros supermassivos crescem, sustentam galáxias inteiras e criam ambientes onde as leis da física são levadas ao limite.

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