Chandra sugere que buracos negros ingerem doses excessivas de matéria

A imagem do topo é uma impressão de artista de um quasar. Mostra como um disco espesso em forma de donut, em redor do buraco negro, bloqueia uma quantidade substancial de raios-X que, caso contrário, escapariam do sistema. As imagens em baixo mostram três dos 51 quasares incluídos no estudo. Crédito: ilustração - NASA/CXC/M. Weiss; painéis: NASA/CXC/Penn State/B. Luo et al.

De acordo com um novo estudo usando o Observatório de raios-X Chandra da NASA, um grupo de buracos negros gigantes e invulgares pode estar consumir quantidades excessivas de matéria. Esta descoberta pode ajudar os astrónomos a compreender como os maiores buracos negros foram capazes de crescer tão rapidamente no início do Universo. Os astrónomos já sabem há algum tempo que os buracos negros supermassivos - com massas que variam de milhões a milhares de milhões de vezes a massa do Sol e que residem nos centros das galáxias - podem devorar enormes quantidades de gás e poeira que caem na sua atração gravitacional.

À medida que a matéria cai na direção destes buracos negros, brilha de tal maneira que podem ser vistos a milhares de milhões de anos-luz de distância. Os astrónomos chamam "quasares" a estes buracos negros extremamente vorazes. Este novo resultado sugere que alguns quasares são ainda mais adeptos a devorar material do que os cientistas pensavam.
"Mesmo para os consumidores famosos e prodigiosos de material, estes buracos negros gigantes parecem estar a alimentar-se a taxas enormes, pelo menos cinco a dez vezes mais depressa do que os quasares típicos," afirma Bin Luo da Universidade Estatal da Pensilvânia, EUA, que liderou o estudo.

Luo e colegas examinaram dados do Chandra para 51 quasares localizados a distâncias entre 5 mil e 11,5 mil milhões de anos-luz da Terra. Estes quasares foram selecionados porque tinham uma emissão invulgarmente fraca de certos átomos, especialmente carbono, em comprimentos de onda ultravioletas. Neste novo estudo descobriu-se que cerca de 65% dos quasares são muito mais ténues em raios-X, em média cerca de 40 vezes, do que os quasares normais. As fracas emissões ultravioletas e os fluxos de raios-X destes objetos podem ser pistas importantes para a questão de como um buraco negro supermassivo puxa matéria.

As simulações de computador mostram que, a taxas baixas, a matéria rodopia em direção ao buraco negro num disco fino. No entanto, se a taxa de entrada é elevada, o disco pode inchar consideravelmente devido à pressão da radiação alta, formando um toro ou "donut" que rodeia a parte interior do disco. Este quadro encaixa com os nossos dados," afirma o coautor Jianfeng Wu do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica em Cambridge, no estado americano de Massachusetts. "Se um quasar é incorporado numa espessa estrutura de gás e poeira em forma de donut, absorverá grande parte da radiação produzida mais perto do buraco negro e impede-a de atingir o gás localizado mais para fora, resultando numa emissão atómica mais fraca no ultravioleta e em raios-X."

O equilíbrio normal entre o puxo gravitacional e a pressão externa da radiação também será afetado. "Seria emitida mais radiação numa direção perpendicular ao disco espesso, ao invés de ao longo do disco, permitindo com que o material caia a taxas mais elevadas," afirma o coautor Niel Brandt, também da Universidade Estatal da Pensilvânia.

A conclusão importante é que estes quasares de "disco espesso" podem abrigar buracos negros que crescem a um ritmo extraordinariamente rápido. Os estudos anteriores e os atuais, por equipas diferentes, sugerem que estes quasares poderiam ter sido mais comuns no início do Universo, apenas cerca de mil milhões de anos após o Big Bang. Este crescimento rápido pode também explicar a existência de buracos negros enormes ainda mais antigos. O artigo que descreve estes resultados será publicado na revista The Astrophysical Journal e está disponível online.
Fonte: Astronomia Online

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