Buraco Negro: Fome em alta velocidade

Matéria caindo em um buraco negro a 30% da velocidade da luz

Uma equipe britânica de astrônomos relatou a primeira detecção de matéria caindo em um buraco negro a 30% da velocidade da luz, localizado no centro da distante galáxia PG211 + 143, que está a um bilhão de anos-luz.

Esta é a estrutura característica do disco a partir da simulação de um disco desalinhado em torno de um buraco negro em rotação.Crédito: K. Pounds et al. / Universidade de Leicester

A equipe, liderada pelo professor Ken Pounds, da Universidade de Leicester, usou dados do observatório de raios-X da Agência Espacial Européia XMM-Newton para observar o buraco negro. Seus resultados aparecem em um novo artigo no Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Os buracos negros são objetos com campos gravitacionais tão fortes que nem a luz viaja com rapidez suficiente para escapar de seu alcance, daí a descrição "negro". Eles são extremamente importantes na astronomia porque oferecem a maneira mais eficiente de extrair energia da matéria. Como resultado direto, o acúmulo de gás - caindo - em buracos negros deve estar alimentando os fenômenos mais energéticos do Universo.

O centro de quase todas as galáxias - como a nossa Via Láctea - contém um chamado buraco negro supermassivo, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Com matéria suficiente caindo no buraco, estes podem se tornar extremamente luminosos, e são vistos como um quasar ou núcleo galáctico ativo (AGN).

No entanto, os buracos negros são tão compactos que o gás está quase sempre girando demais para cair diretamente. Em vez disso, ele orbita o buraco, aproximando-se gradualmente através de um disco de acreção - uma sequência de órbitas circulares de tamanho decrescente. À medida que o gás espirala para dentro, ele se move mais e mais rápido e se torna quente e luminoso, transformando a energia gravitacional na radiação que os astrônomos observam.

XMM-Newton spacecraft. Credit: ESA

Acredita-se que a órbita do gás ao redor do buraco negro esteja alinhada com a rotação do buraco negro, mas não há razão para que isso aconteça. De fato, a razão pela qual temos verão e inverno é que a rotação diária da Terra não se alinha com sua órbita anual ao redor do Sol.

Até agora, não ficou claro como a rotação desalinhada pode afetar a queda do gás. Isto é particularmente relevante para a alimentação de buracos negros supermassivos, uma vez que a matéria (nuvens de gás interestelar ou mesmo estrelas isoladas) pode cair de qualquer direção.

Usando dados da XMM-Newton, o Prof. Pounds e seus colaboradores analisaram os espectros de raios X (onde os raios X são dispersos por comprimento de onda) da galáxia PG211 + 143. Este objeto está a mais de um bilhão de anos-luz de distância na direção da constelação Coma Berenices (a Cabeleira de Berenice, uma constelação do hemisfério celestial norte), e é uma galáxia Seyfert, caracterizada por um AGN muito brilhante resultante da presença do enorme buraco negro em seu núcleo.

Os pesquisadores descobriram que os espectros são fortemente desviados para o vermelho, mostrando a matéria observada caindo no buraco negro na enorme velocidade de 30% da velocidade da luz, ou cerca de 100.000 quilômetros por segundo. O gás quase não tem rotação ao redor do buraco, e é detectado extremamente próximo a ele em termos astronômicos, a uma distância de apenas 20 vezes o tamanho do buraco (seu horizonte de eventos, o limite da região onde a fuga não é mais possível).

A observação concorda estreitamente com o trabalho teórico recente, também em Leicester e usando a instalação de supercomputador Dirac do Reino Unido, simulando o 'rasgo' de discos de acreção desalinhados. Este trabalho mostrou que anéis de gás podem se romper e colidir uns com os outros, cancelando sua rotação e deixando o gás cair diretamente em direção ao buraco negro.

O Prof. Pounds, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, disse: "A galáxia que estávamos observando com a XMM-Newton tem um buraco negro de 40 milhões de massas solares é muito brilhante e evidentemente bem alimentado. De fato, há 15 anos atrás detectou um vento poderoso que indicava que o buraco estava sendo alimentado em excesso. Embora esses ventos agora sejam encontrados em muitas galáxias ativas, o PG1211 + 143 agora produziu outro "primeira vez", com a detecção de matéria mergulhando diretamente no próprio furo. "

Ele continua: "Fomos capazes de seguir um pedaço de matéria do tamanho da Terra por cerca de um dia, quando foi puxado para o buraco negro, acelerando a um terço da velocidade da luz antes de ser engolido pelo buraco".

Uma implicação adicional da nova pesquisa é que a "acresção caótica" de discos desalinhados é comum em buracos negros supermassivos. Tais buracos negros girariam então lentamente, podendo aceitar muito mais gás e crescer suas massas mais rapidamente do que se acreditava, fornecendo uma explicação para por que buracos negros que se formaram no Universo primitivo rapidamente ganharam massas muito grandes.

Fonte: Royal Astronomical Society

Pesquisador, entusiasta da ciência, e divulgador cientifico. Autor de vários sites e blogs de Ciencia, entre eles o Astrumphyca.org.. Ateu, é defensor fervoroso do secularismo na educação e na politica.

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