NuSTAR da NASA ajuda a resolver o enigma da rotação dos buracos negros

O concepção artistica que ilustra um buraco negro supermassivo com milhões de bilhões de vezes a massa do nosso sol. Buracos negros supermassivos são extremamente densos objetos enterrados no coração de galáxias. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech

 

Dois observatórios de raios-X, o Nuclear Spectroscopic Telescope Array, ou NuSTAR da NASA e o SMM-Newton da ESA, mediram de forma definitiva, pela primeira vez, a taxa de rotação de um buraco negro com uma massa equivalente a 2 milhões de vezes a massa do Sol. O buraco negro supermassivo localiza-se no coração repleto de gás e poeira da galáxia conhecida como NGC 1365, e está girando a uma velocidade quase tão rápida quanto a permitida pela teoria da gravidade de Einstein. 

As descobertas aparecem num estudo publicado, hoje, dia 28 de Fevereiro de 2013, na Revista Nature. O estudo mostra como os astrônomos resolveram um debate de longa data na astronomia sobre medidas similares feitas em outros buracos negros e levarão a entender melhor como os buracos negros e as galáxias se desenvolvem. “Isso é muito importante para o campo da ciência dos buracos negros”, disse Lou Kaluzienski, um cientista do programa NuSTAR na sede da NASA em Washington.

 

As observações também funcionam como um poderoso teste para a teoria da relatividade geral de Einstein, que diz que a gravidade pode curvar o espaço-tempo, a fábrica que forma o nosso universo, e a luz que viaja através dela. “Nós podemos traçar a matéria à medida que cai em rotação na direção do buraco negro, usando os raios-X emitidos das regiões muito próximas do objeto”, disse a coautora do novo estudo, Fiona Harrison, pesquisadora principal do NuSTAR e sediada no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena. “A radiação que nós observamos é dobrada e distorcida pelos movimentos das partículas e pela incrivelmente forte gravidade do buraco negro”. O NuSTAR, uma missão da classe Explorer, lançada em Junho de 2012, foi desenhado para detectar a luz raio-X de mais alta energia e em grande detalhe. Ele complementa telescópios que observam a luz raio-X de baixa energia como o XMM-Newton e como o Observatório de Raio-X Chandra, da NASA.

Os cientistas medem as taxas de rotação de buracos negros supermassivos, espalhando a luz de raios-X em cores diferentes. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech

Os cientistas usam esses e outros telescópios para estimar a taxa com a qual os buracos negros executam o seu movimento de rotação. Até agora, essas medidas não eram certas pois as nuvens de gás podiam obscurecer os buracos negros confundindo os resultados. Com a ajuda do XMM-Newton, o NuSTAR foi capaz de ver um intervalo muito maior de energias de raios-X e penetrar profundamente na região localizada ao redor do buraco negro. 

 Os novos dados demonstram que os raios-X não estão sendo dobrados pelas nuvens, mas sim pela tremenda gravidade do buraco negro. Isso prova que a taxa de rotação dos buracos negros supermassivos pode ser determinada de forma conclusiva. “Se eu pudesse adicionar um instrumento ao XMM-Newton, esse instrumento seria um telescópio como o NuSTAR”, disse Norbert Schartel, Cientista de Projeto do XMM-Newton do Centro da Agência Espacial Européia em Madrid. “Os raios-X de alta energia fornecem uma peça essencial para resolver esse problema”.

 

Medir a rotação de um buraco negro supermassivo é fundamental para entender sua história passada e da sua galáxia hospedeira também. “Esses monstros, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, são formados como pequenas sementes no início do universo e crescem engolindo estrelas e gás de suas galáxias hospedeiras, fundindo-se com outros buracos negros gigantes quando as galáxias colidem, ou ambos”, disse o autor principal do estudo Guido Risaliti do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Mass., e do Italian National Institute for Astrophysics. Buracos negros supermassivos são envoltos por uma panqueca de discos de crescimento, formados à medida que a sua gravidade puxa matéria para o seu interior. 

A teoria de Einstein prevê que quanto mais rápido um buraco negro gira, mais próximo do buraco negro o disco de crescimento se localiza. Quanto mais perto o disco de crescimento está, mais gravidade do buraco negro irá dobrar o jato de luz de raio-X que é expelido do disco.

 

Os astrônomos procuram por esses efeitos de dobras para analisar a luz raio-X emitida pelo ferro circulando no disco de crescimento. Nesse novo estudo, eles usaram tanto o XMM-Newton, como o NuSTAR de forma simultânea para observar o buraco negro na NGC 1365. Enquanto que o XMM-Newton revelou que a luz do ferro estava sendo dobrada, o NuSTAR provou que essa distorção vinda da gravidade do buraco negro e não das nuvens de gás na sua vizinhança. Os dados do NuSTAR sobre os raios-X de alta energia mostraram que o ferro estava tão perto do buraco negro que a gravidade deveria causar esse efeito de dobra. 

Com a possibilidade do obscurecimento das nuvens descartado, os cientistas podem agora usar as distorções na assinatura do ferro para medir a taxa de rotação do buraco negro. As descobertas podem ser aplicadas a alguns outros buracos negros, removendo assim as incertezas nas medidas anteriores da taxa de rotação dos mesmos.

Fonte: NASA