Como se os buracos negros não fossem suficientemente misteriosos, astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble, da NASA, encontraram um inesperado disco de material girando furiosamente em torno de um buraco negro supermassivo no coração da galáxia espiral NGC 3147, localizada a 130 milhões de anos-luz de distância. [Tudo o que você precisa saber os buracos negros]
O enigma é que o disco não deveria estar lá, baseado nas teorias astronômicas atuais. No entanto, a presença inesperada de um disco tão próximo de um buraco negro oferece uma oportunidade única para testar as teorias da relatividade de Albert Einstein. A relatividade geral descreve a gravidade como a curvatura do espaço e a relatividade especial descreve a relação entre tempo e espaço. [O que é a Teoria da Relatividade?]
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“Nós nunca vimos os efeitos da relatividade geral e especial na luz visível com tanta clareza”, disse Marco Chiaberge, da Agência Espacial Européia, e do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e da Universidade Johns Hopkins, ambos em Baltimore, Maryland, membros da equipe que conduziram o estudo.
“Esta é uma espiada intrigante em um disco muito próximo a um buraco negro, tão perto que as velocidades e a intensidade da atração gravitacional afetam a aparência dos fótons de luz”, acrescentou o primeiro autor do estudo, Stefano Bianchi, da Università degli Studi Roma Tre, em Roma, Itália. “Não podemos entender os dados a menos que incluamos as teorias da relatividade”.
Buracos negros em certos tipos de galáxias como NGC 3147 são desnutridos porque não há material capturado gravitacionalmente suficiente para alimentá-los com regularidade. Assim, a névoa fina de material infalente é inflada como uma rosquinha ao invés de se achatar em um disco em forma de panqueca. Portanto, é muito intrigante porque existe um disco fino rodeando um buraco negro em NGC 3147 que imita discos muito mais poderosos encontrados em galáxias extremamente ativas com buracos negros grandes e monstruosos.
“Achamos que este foi o melhor candidato para confirmar que, abaixo de certas luminosidades, o disco de acreção não existe mais”, explicou Ari Laor, do Instituto de Tecnologia Technion, localizado em Haifa, Israel. “O que vimos foi algo completamente inesperado. Encontramos gás em movimento produzindo recursos que só podemos explicar como sendo produzidos por material girando em um disco fino bem próximo do buraco negro.”
Os astrônomos inicialmente selecionaram esta galáxia para validar modelos aceitos sobre galáxias ativas de baixa luminosidade – aquelas com buracos negros que estão em uma dieta escassa de material. Modelos prevêem que um disco de acreção se forma quando grandes quantidades de gás são capturadas pela forte força gravitacional de um buraco negro. Essa matéria emite muita luz, produzindo um farol brilhante chamado quasar, no caso dos buracos negros mais bem alimentados. Uma vez que menos material é puxado para dentro do disco, ele começa a se quebrar, torna-se mais fraco e muda de estrutura.
“O tipo de disco que vemos é um quasar em escala reduzida que não esperávamos existir”, disse Bianchi. “É o mesmo tipo de disco que vemos em objetos que são 1.000 ou até 100.000 vezes mais luminosos. As previsões dos atuais modelos de dinâmica de gás em galáxias ativas muito fracas falharam claramente.”
O disco está tão profundamente embutido no intenso campo gravitacional do buraco negro que a luz do disco de gás é modificada, de acordo com as teorias da relatividade de Einstein, dando aos astrônomos uma visão única dos processos dinâmicos próximos a um buraco negro.
O Hubble mapeou o material girando em torno do buraco negro movendo-se a mais de 10% da velocidade da luz. Nessas velocidades extremas, o gás parece iluminar-se de um lado enquanto viaja em direção à Terra, e escurece à medida que se afasta do nosso planeta (um efeito chamado radiante relativista). As observações do Hubble também mostram que o gás está tão entrincheirado no poço gravitacional que a luz está lutando para sair e, portanto, parece esticada para comprimentos de onda mais vermelhos. A massa do buraco negro é de cerca de 250 milhões de sóis.
Os pesquisadores usaram o Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial (STIS) do Hubble para observar o turbilhão de matéria dentro do disco. Um espectrógrafo é uma ferramenta de diagnóstico que divide a luz de um objeto em seus muitos comprimentos de onda individuais para determinar sua velocidade, temperatura e outras características com uma precisão muito alta. Os astrônomos precisaram da resolução precisa da STIS para isolar a luz fraca da região do buraco negro e bloquear a contaminação da luz das estrelas.
“Sem o Hubble, não poderíamos ver isso porque a região do buraco negro tem baixa luminosidade”, disse Chiaberge. “As luminosidades das estrelas da galáxia superam qualquer coisa no núcleo. Então, se você observar a partir do solo, você é dominado pelo brilho das estrelas, que afoga a emissão fraca do núcleo.”
A equipe espera usar o Hubble para procurar outros discos compactos em torno de buracos negros de baixa potência em galáxias ativas semelhantes. [NASA]