AstronomiaBuraco negro rotativo é visto com jatos de plasma oscilantes

Diógenes Henrique3 meses atrásA impressão artística sobre o sistema binário de raio-x do buraco negro V404 Cygni como visto à distância. Os pontos brilhantes nos jatos foram detectados por imagem de rádio de alta resolução angular e se afastam do buraco negro em diferentes direções. Crédito: ICRAR
https://i1.wp.com/socientifica.com.br/wp-content/uploads/2019/05/1_V404-Cygni.jpg?fit=1200%2C675&ssl=1

O buraco negro arrasta o espaço-tempo sendo em torno de si, fazendo os jatos oscilarem.

Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um buraco negro com característica curiosa, nunca antes vista até agora. Jatos de material em estado de plasma produzidos pelo V404 Cygni, um buraco negro de massa estelar na Via Láctea. E os jatos oscilam em períodos que podem ser tão curtos quanto alguns minutos. Isso acontece porque a gravidade do buraco negro está arrastando o espaço-tempo ao redor dos jatos, que percorrem direções opostas a partir dos polos do buraco negro. Conforme relatado na Nature, uma oscilação tão rápida, que nunca havia sido detectada antes em sistemas como este.

O V404 Cygni tem cerca de nove vezes a massa do Sol e está a quase 8.000 anos-luz da Terra. Esse buraco negro tem uma estrela companheira, ligeiramente menor que o Sol, perdendo parte da sua massa para o buraco negro, que suga com sua gravidade a matéria da companheira.

“Como muitos buracos negros, ele está se alimentando de uma estrela próxima, puxando o gás para longe da estrela e formando um disco de material que circunda o buraco negro e espirais em direção a ele sob a gravidade”, disse o líder da equipe pesquisadores, o Dr. James Miller-Jones, da Universidade Curtin, em um comunicado.

Esse material tirado da estrela gira em torno do buraco negro, formando uma estrutura chamada de disco de acreção. Acontece que a parte mais próxima do buraco negro deste disco é mais densa e mais quente do que o resto; e o próprio buraco negro envia parte desse material em forma de um jato a 60% da velocidade da luz. Os dados são de astrônomos da Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR), uma cooperação científica entre a Universidade Curtin e A Universidade da Austrália Ocidental, com suporte financeiro do governo australiano.

O eixo de rotação do buraco negro e o plano do disco de acreção não são perpendiculares. “O que é diferente no V404 Cygni é que o disco de material e o buraco negro estão desalinhados.  Isso parece estar fazendo a parte interna do disco balançar como um pião e disparar jatos em diferentes direções conforme muda de orientação”, explicou o Dr. Miller-Jones.

Além disso, a gravidade do buraco negro distorce o espaço-tempo ao seu redor, um efeito conhecido como arrasto de referenciais. Por causa disso, a parte interna do disco, que tem alguns milhares de quilômetros de diâmetro, é torcida produzindo a precessão (a oscilação) nos jatos, como quando um pião girando balança ao redor do seu eixo (só que sem jatos saindo de seu corpo). Deste modo, os jatos nem sempre estão apontando na mesma direção, o que faz com eles tenham sua trajetória entortada.

Impressão artística de V404 Cygni visto perto acima. O sistema estelar binário consiste em uma estrela normal em órbita com um buraco negro. O material da estrela cai em direção ao buraco negro e espirala para dentro em um disco de acreção, com poderosos jatos sendo lançados das regiões internas próximas ao buraco negro. Crédito: ICRAR

“Nunca vimos esse efeito acontecer em prazos tão curtos”, disse o Dr. James Miller-Jones. “Este é o único mecanismo em que podemos pensar que poderia explicar a rápida precessão que vemos no V404 Cygni. Você pode pensar nisso como a oscilação de um movimento giratório quando desacelera, só que neste caso, a oscilação é causada pela teoria geral da relatividade de Einstein”.

A equipe usou o Very Long Baseline Array (VLBA), um sistema de dez radiotelescópios que são operados remotamente a partir de seu centro de operações localizado em Socorro, Novo México, como parte do National Radio Astronomy Observatory (NRAO). Para coletar dados, a equipe de pesquisadores percebeu rapidamente que a abordagem inicial deles não ia funcionar. Os pesquisadores costumam fazer observações de horas desses tipos de objetos, mas desta vez encontraram um problema.

“Esses jatos estavam mudando tão rápido que, em uma imagem de quatro horas, vimos apenas um borrão”, explicou o coautor do estudo, Dr. Alex Tetarenko, atualmente um membro do Observatório do Leste Asiático no Havaí.

A equipe coletou 103 imagens individuais de 70 segundos que, juntamente um conjunto de dados, eles usaram para compor um filme. A partir daí o comportamento do sistema em toda a sua singularidade tornou-se claro.

Histórico

O V404 Cygni foi identificado pela primeira vez como um buraco negro em 1989, quando lançou uma grande explosão de jatos e radiação. Em seguida os astrônomos, ao pesquisarem para placas fotográficas de arquivo, encontraram explosões anteriores em observações de 1938 e 1956.

O Dr. Miller-Jones disse que quando o V404 Cygni experimentou outra explosão muito brilhante em 2015, com duração de duas semanas, os telescópios em todo o mundo apontaram suas antenas na direção do buraco negro para estudar o que estava acontecendo.

Impressão artística sobre o sistema binário de raio-x do buraco negro V404 Cygni como visto à distância. Os pontos brilhantes nos jatos foram detectados por imagem de rádio de alta resolução angular e se afastam do buraco negro em diferentes direções. Crédito: ICRAR

“Todos apontaram na explosão com qualquer telescópio que pudesse a captar”, disse ele. “Foi então que nós obtivemos essa incrível cobertura observacional”.

Quando Miller-Jones e sua equipe de pesquisadores do ICRAR estudaram o buraco negro, viram seus jatos se comportando de uma maneira nunca vista antes. Se esperava que os jatos disparados diretamente dos polos dos buracos negros apontassem constantemente na mesma direção, mas esses jatos estavam sendo disparados em direções diferentes em momentos diferentes.

E eles estavam mudando de direção muito rapidamente, em não mais que algumas horas.

“Ficamos chocados com o que vimos neste sistema. Foi completamente inesperado”, acrescentou o coautor Dr. Greg Sivakoff, da Universidade de Alberta.

“Este primeiro encontro com esse objeto astronômico aprofundou a nossa compreensão de como os buracos negros e a formação de galáxias podem funcionar. Nos fala um pouco mais sobre essa grande questão: “Como chegamos aqui?”.

Referências:

  1. Miller-Jones, James C. A. et al. A rapidly changing jet orientation in the stellar-mass black-hole system V404 Cygni. Nature, 29 de abril de 2019. DOI 10.1038/s41586-019-1152-0ID;
  2. Spinning black hole sprays light-speed plasma clouds into space. ICRAR, 2019. Disponível em “https://www.icrar.org/cygni/”