Tecnologia de raios-X revela matéria nunca antes vista em torno do buraco negro

O buraco negro em Cygnus X-1 é uma das fontes mais brilhantes de raios-X no céu. A luz perto do buraco negro vem da matéria sugada pela sua companheira. Crédito: NASA, ESA, Martin Kornmesser

Em um estudo de colaboração internacional, cientistas do Japão e da Suécia esclareceram como a gravidade afeta a forma da matéria em torno do buraco negro no sistema binário Cygnus X-1. Os pesquisadores criaram dois modelos que podem ajudá-los a entender melhor a física da gravidade e a evolução dos buracos negros e das galáxias.  Perto do centro da constelação de Cygnus, uma estrela orbita o primeiro buraco negro descoberto no universo. Juntos, eles formam um sistema binário conhecido como Cygnus X-1.

Este buraco negro é também uma das fontes mais brilhantes de raios-X no céu. No entanto, os cientistas não tinham certeza sobre a geometria da matéria que dá origem a essa luz. Para descobrir isso, a equipe do novo estudo precisou desenvolver uma técnica chamada de “polarimetria de raios-X”.  Ainda não é possível observar diretamente um buraco negro, porque a luz não pode escapar dele. Em vez de observar o próprio objeto, então, os cientistas olham para a luz vinda da matéria próxima ao buraco negro. No caso de Cygnus X-1, essa luz vem da estrela companheira.

A maior parte dela, porém, como a que vem do sol, vibra em muitas direções. Os cientistas precisavam de alguma técnica especial que lhes permitisse direcionar e medir esta dispersão de luz, para descobrir onde se origina e para onde se espalha. Primeiro, eles lançaram um polarímetro de raios-X em um balão chamado PoGO+. Depois, eles utilizaram esses dados para medir a fração de raios-X que era refletida do disco de acreção em torno do buraco negro, a fim de identificar a forma da matéria. Por fim, os cientistas criaram dois modelos concorrentes que descrevem como a matéria perto de um buraco negro pode ser vista em um sistema binário como o Cygnus X-1: o “modelo de lâmpada” e o “modelo estendido”.

No primeiro, a corona é compacta e está ligada ao buraco negro. Os fótons se curvam em direção ao disco de acreção, resultando em mais luz refletida. No modelo estendido, a corona é maior e se espalha ao redor da vizinhança do buraco negro. Nesse caso, a luz refletida pelo disco é mais fraca. Como a luz não se dobrava muito sob a forte gravidade de Cygnus, a equipe concluiu que esse buraco negro se encaixava no modelo estendido.

Com essa informação, os pesquisadores podem descobrir mais sobre determinadas características dos buracos negros. Um exemplo é o seu spin (seu “giro”). Os efeitos do spin podem modificar o espaço-tempo em torno do buraco negro, e também fornecer pistas sobre a evolução do objeto. Ele pode estar diminuindo de velocidade desde o começo do universo, ou pode estar acumulando matéria e girando mais rápido.

“O buraco negro em Cygnus é um de muitos. Gostaríamos de estudar mais buracos negros usando a polarimetria de raios-X, como aqueles mais próximos do centro das galáxias. Talvez possamos entender melhor a evolução dos buracos negros, assim como a evolução das galáxias”, disse um dos pesquisadores do estudo, Hiromitsu Takahashi, da Universidade de Hiroshima, no Japão.  As descobertas do estudo foram publicadas em um artigo na revista científica Nature Astronomy. 

Fonte: https://phys.org