Pela primeira vez matéria é detectada sendo sugada para dentro de um buraco negro

Os astrônomos relatam a primeira detecção de matéria caindo em um buraco negro a 30% da velocidade da luz, localizada no centro da distante galáxia PG211 + 143, a bilhões de anos-luz da Terra. A equipe usou dados do observatório de raios-X da Agência Espacial Européia, XMM-Newton, para observar o buraco negro.

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 “negra”. Eles são extremamente importantes na astronomia porque oferecem a maneira mais eficiente de extrair energia da matéria. Como resultado direto, o acúmulo de gás 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 buraco negro supermassivo, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Com matéria suficiente caindo no buraco, eles podem se tornar extremamente luminosos, e são vistos como um quasar ou núcleo galáctico ativo (AGN na sigla em inglês).

No entanto, os buracos negros são tão compactos que o gás está quase sempre girando demais para cair no centro. 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.

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 do telescópio XMM-Newton, o professor 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, 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 professor Pounds, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, disse: “A galáxia que estávamos observando com o XMM-Newton tem um buraco negro de 40 milhões de massa solar que é muito brilhante e sem dúvida bem alimentado. Naturalmente, há 15 anos detectamos um vento poderoso que indicava que o buraco estava sendo alimentado em excesso. Embora esses ventos agora sejam encontrados em muitas galáxias ativas, a PG1211 + 143 produziu outro “primeiro”, com a detecção de matéria mergulhando diretamente no próprio buraco.”

Ele continua: “Fomos capazes de seguir um pedaço de matéria do tamanho da Terra por cerca de um dia, até que foi sugado para o buraco negro, acelerando a um terço da velocidade da luz antes de ser engolido”.

Uma implicação adicional da nova pesquisa é que a “acresção caótica” de discos desalinhados é comum em buracos negros supermassivos. Tais buracos negros girariam 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.[ScienceDaily]

Referência:

1. K A Pounds, C J Nixon, A Lobban, A R King. An ultra-fast inflow in the luminous Seyfert PG1211 143. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2018; DOI: 10.1093/mnras/sty2359