Nova análise leva a uma visão fundamentalmente diferente dos buracos negros supermassivos

 Impressão de artista do quasar ULAS J1120+0641. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Localizados no centro das galáxias, os buracos negros supermassivos são milhões ou até milhares de milhões de vezes mais massivos do que o nosso Sol. Com a sua poderosíssima atração gravitacional, são capazes de engolir grandes quantidades de gás, poeira e talvez até mesmo estrelas que vagueiam demasiado perto. 

A física diz-nos que este material tende a formar um disco à medida que é atraído para o buraco negro, num fenómeno chamado "acreção". Estes discos de acreção são dos lugares mais violentos do Universo conhecido, com velocidades que se aproximam da velocidade da luz e temperaturas muito superiores à da superfície do nosso Sol. Este calor produz radiação que vemos como luz, mas a conversão de calor em luz é tão eficiente - cerca de 30 vezes mais eficiente do que a fusão nuclear - que os físicos não compreendem bem como. 

Gigantes cósmicos famintos 

Os padrões alimentares dos buracos negros são muito diversos. Alguns, como o buraco negro supermassivo no centro da nossa Via Láctea, não parecem ter discos de acreção. Mas vemos outras galáxias com fome voraz, cujos buracos negros supermassivos formaram discos de acreção extremamente quentes, tão brilhantes que brilham mais do que todas as estrelas da sua galáxia. 

O buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87. As estrias mostram a luz polarizada do campo eléctrico do gás a cair para o buraco negro. Crédito: Colaboração EHT et al., 2021

Só recentemente obtivemos a primeira imagem de um disco de acreção pelo EHT (Event Horizon Telescope), uma rede mundial de radiotelescópios. No entanto, este disco de acreção pertence a uma galáxia muito próxima. Não podemos repetir esta experiência com galáxias mais distantes, uma vez que os discos são simplesmente demasiado pequenos e por isso não observáveis, mesmo pelos maiores telescópios. 

A variabilidade é fundamental 

Felizmente, outro método de examinar o tamanho e a estrutura dos discos de acreção distantes parece promissor: embora não possamos resolver os vários componentes dos discos, podemos estudar como a sua intensidade varia no tempo. Ao estudar as variações de luz dos discos, podemos produzir um quadro geral dos discos de acreção, mesmo os das galáxias mais distantes.

 Foi o que o bolseiro de doutoramento John Weaver, do Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr e da Universidade de Copenhaga, decidiu fazer, analisando observações passadas de mais de 9000 galáxias com discos de acreção brilhantes - os chamados quasares - do programa SDSS (Sloan Digital Sky Survey).

 Quando a fonte não está resolvida, a luz observada do disco de acreção será "contaminada" pela luz da galáxia que alberga o buraco negro. Esta luz indesejada das galáxias hospedeiras tem sido largamente ignorada por estudos anteriores. Contudo, ao utilizar um novo modelo para as variações da luz do quasar, John Weaver e o colaborador Keith Horne, professor de astronomia na Universidade de St. Andrews, na Escócia, conseguiram separar a luz do disco de acreção da luz da galáxia hospedeira. 

Por outras palavras, o modelo permitiu-lhes ver mais diretamente a luz do disco de acreção em torno de buracos negros supermassivos, mesmo em galáxias a milhares de milhões de anos-luz de distância. 

Obscurecido pela poeira 

O que Weaver e Horne descobriram foi que a poeira cósmica perto do disco de acreção estava provavelmente a bloquear a sua visão. Utilizando vários modelos diferentes da poeira cósmica para explicar, e remover, os seus efeitos obscurecedores, foram capazes de determinar quão quente é o disco de acreção, tanto perto do buraco negro como longe dele, nas extremidades do disco. 

Esta diferença em temperatura entre o disco interno quente o disco externo mais frio já tinha sido prevista teoricamente. No entanto, o que Weaver e Horne observaram foi uma imagem muito diferente da temperatura do disco: os discos revelaram-se ainda mais quentes perto do buraco negro do que o previsto. Estas descobertas inesperadas foram publicadas na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e sugerem que os nossos pressupostos e modelos teóricos podem precisar de ser revistos - com consequências para a nossa compreensão dos buracos negros supermassivos no geral. 

Não só temos mais a aprender sobre os buracos negros supermassivos, como as variações na sua fome voraz são uma demonstração maravilhosa de que o nosso Universo é um lugar muito mais dinâmico do que seria de esperar olhando o céu noturno estático.

Fonte: ccvalg.pt