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Ecos de buracos negros ajudam astrônomos a mapear o universo

(NASA/JPL-Caltech)

O universo é grande e muito difícil de entender. Além disso, temos um ponto de vista único, fixado aqui na Terra. Não há telescópios localizados em galáxias distantes – nem sabemos como fazer isso. Portanto, busca-se por maneiras de se burlar as limitações humanas na exploração do universo – aí que entram os ecos de buracos negros.

Uma forma interessante de se medir coisas é através de algo que chamamos de velas padrão, que são pontos brilhantes de referência, cujo brilho pode ser facilmente calculado. Por exemplo, os pulsares, são corpos tão precisos quanto os relógios. Os pulsares são estrelas de nêutrons que emitem feixes de radiação sincrotron em um intervalo de tempo praticamente exato.

O brilho de um pulsar depende do tempo ligados aos pulsos – intervalo, duração. Portanto, pode-se calcular com fidelidade a intensidade do brilho real de um pulsar. Dessa forma, ao comparar com o brilho que enxergamos, determina-se a distância, pela diferença de brilho. 

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(NASA/JPL-Caltech)

O eco da escuridão

Os buracos negros geram “ecos”. E esses ecos serão muito úteis aos cientistas. Não é um eco de som, mas luminoso. Quando um buraco negro engole uma grande quantidade de matéria, cria-se rajadas de luz. As luzes que são os ecos de buracos negros, pois “ecoam” nas núvens próximas, ou seja, refletem-se por nuvens de gás e poeira pelo espaço.

“Medir distâncias cósmicas é um desafio fundamental na astronomia, então a possibilidade de ter um truque extra na manga é muito empolgante”, explica o cientista Yue Shen, co-autor do estudo que analisa os ecos de buracos negros, e pesquisador da Universidade de Illinois.

Os pesquisadores publicaram o estudo no The Astrophysical Journal (também disponível como preprint no arXiv), onde utilizam os ecos de buracos negros para medir a luminosidade dos discos em mais de 500 galáxias. Eles pontuam a utilização do método na medição de distâncias.

“A beleza da técnica de mapeamento de eco é que esses buracos negros supermassivos não vão desaparecer tão cedo”, explica o autor principal, Qian Yang. “Assim, podemos medir os ecos da poeira repetidamente para o mesmo sistema para melhorar a medição da distância”.

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Yang refere-se à estabilidade dos gigantes buracos negros do universo, que podem chegar a bilhões de vezes a massa do Sol – são escalas insanas. Além disso, os discos queimam continuamente por milhares ou até milhões de anos, dependendo da quantidade de matéria disponível. Um buraco negro supermassivo prende uma galáxia, ou até mesmo galáxias com sua força.

E no que os ecos de buracos negros ajudam?

Uma nuvem específica chama-se Torus. Trata-se da parte mais externa da imagem abaixo – a que parece uma nuvem de areia. É ele a chave principal para o mapeamento de reverberação da luz. O Torus ecoa principalmente a radiação ultravioleta emitida pelo disco de acreção do buraco negro.

(NASA/JPL-Caltech)

Quando o disco emite a radiação ultravioleta, a nuvem, formada por gás e poeira, a absorve. Talvez você saiba que aqueles termômetros à distância funcionam via luz infravermelha. Nós sentimos a luz infravermelha através do calor. Quando a nuvem absorve a energia do buraco negro, esquenta e emite radiação infravermelha. 

Como os discos são bastante densos, e muito grandes, a luz demora até anos para ecoar. Portanto, o intervalo entre o clarão e a emissão de luz infravermelha pela parte externa da nuvem nos entrega o tamanho exato daquele Torus.

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A nuvem forma-se a uma distância do buraco negro, pois precisa de uma temperatura específica. Sabendo a temperatura externa e o tamanho do Torus, determina-se facilmente a temperatura do disco, já que precisam, necessariamente, ser proporcionais.

Então, comparamos, assim como no caso dos pulsares, e Voilà! Temos a mais nova vela padrão.

O estudo científico foi publicado no periódico The Astrophysical Journal. Com informações de Science Alert e NASA.

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É divulgador científico por paixão. Gradua-se em Física pela UFSCAR e atua principalmente na Ciencianautas e SoCientífica.


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