Estudo espacial oferece compreensão mais clara ainda do ciclo de vida de buracos negros supermassivos

O anel em forma de rosquinha ao redor de muitos buracos negros supermassivos informa aos pesquisadores a rapidez com que o objeto espacial está se alimentando e pode mudar a forma como o buraco negro é visto da Terra. Crédito: ESA/NASA, o projeto AVO e Paolo Padovani 

Buracos negros com assinaturas de luz variadas, mas que se pensava serem os mesmos objetos vistos de diferentes ângulos, estão, na verdade, em diferentes estágios do ciclo de vida, de acordo com um estudo liderado por pesquisadores de Dartmouth.

A pesquisa sobre buracos negros conhecidos como " núcleos galácticos ativos ", ou AGNs, diz que mostra definitivamente a necessidade de revisar o amplamente utilizado "modelo unificado de AGN" que caracteriza os buracos negros supermassivos como todos tendo as mesmas propriedades.

O estudo, publicado na The Astrophysical Journal Supplement Series , fornece respostas para um mistério persistente do espaço e deve permitir que os pesquisadores criem modelos mais precisos sobre a evolução do universo e como os buracos negros se desenvolvem.

"Esses objetos têm intrigado os pesquisadores por mais de meio século", disse Tonima Tasnim Ananna, pesquisadora associada de pós-doutorado em Dartmouth e principal autora do artigo. "Ao longo do tempo, fizemos muitas suposições sobre a física desses objetos. Agora sabemos que as propriedades dos buracos negros obscurecidos são significativamente diferentes das propriedades dos AGNs que não são tão fortemente ocultos."

Acredita-se que os buracos negros supermassivos residam no centro de quase todas as grandes galáxias, incluindo a Via Láctea. Os objetos devoram gás galáctico, poeira e estrelas, e podem se tornar mais pesados ​​do que pequenas galáxias.

Durante décadas, os pesquisadores se interessaram pelas assinaturas de luz de núcleos galácticos ativos, um tipo de buraco negro supermassivo que está "acretando" ou em estágio de crescimento rápido.

A partir do final da década de 1980, os astrônomos perceberam que as assinaturas de luz vindas do espaço variando de comprimentos de onda de rádio a raios X poderiam ser atribuídas a AGNs. Supunha-se que os objetos geralmente tinham um anel em forma de rosquinha - ou "torus" - de gás e poeira ao seu redor. Acreditava-se que o brilho e as cores diferentes associados aos objetos eram resultado do ângulo de observação e de quanto do toro estava obscurecendo a visão.

A partir disso, a teoria unificada dos AGNs tornou-se o entendimento predominante. A teoria orienta que, se um buraco negro estiver sendo visto através de seu toro, ele deve parecer fraco. Se estiver sendo visto por baixo ou por cima do anel, deve aparecer brilhante. De acordo com o estudo atual, no entanto, a pesquisa anterior se baseou muito em dados de objetos menos obscuros e resultados de pesquisa distorcidos.

O novo estudo se concentra na rapidez com que os buracos negros estão se alimentando de matéria espacial ou suas taxas de acreção. A pesquisa descobriu que a taxa de acreção não depende da massa de um buraco negro, varia significativamente dependendo de quão obscurecida é pelo anel de gás e poeira.

"Isso fornece suporte para a ideia de que as estruturas do toro em torno dos buracos negros não são todas iguais", disse Ryan Hickox, professor de física e astronomia e coautor do estudo. "Existe uma relação entre a estrutura e como ela está crescendo." 

O resultado mostra que a quantidade de poeira e gás ao redor de um AGN está diretamente relacionada com o quanto ele está se alimentando, confirmando que existem diferenças além da orientação entre diferentes populações de AGNs. Quando um buraco negro está se acumulando a uma taxa alta, a energia sopra poeira e gás. Como resultado, é mais provável que não seja obscurecido e pareça mais brilhante. Por outro lado, um AGN menos ativo é cercado por um toro mais denso e parece mais fraco.

"No passado, era incerto como a população AGN obscurecida variava de suas contrapartes não obscurecidas mais facilmente observáveis", disse Ananna. "Esta nova pesquisa mostra definitivamente uma diferença fundamental entre as duas populações que vai além do ângulo de visão."

O estudo decorre de uma análise de uma década de AGNs próximos detectados pelo Swift-BAT, um telescópio de raios-X da NASA de alta energia. O telescópio permite aos pesquisadores escanear o universo local para detectar AGNs obscurecidos e não obscurecidos.

A pesquisa é o resultado de uma colaboração científica internacional - o BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) - que vem trabalhando há mais de uma década para coletar e analisar espectroscopia óptica/infravermelha para AGN observado pelo Swift BAT.

"Nunca tivemos uma amostra tão grande de raios-X detectada obscurecida AGN local antes", disse Ananna. "Esta é uma grande vitória para os telescópios de raios-X de alta energia."

O artigo baseia-se em pesquisas anteriores da equipe de pesquisa analisando AGNs. Para o estudo, Ananna desenvolveu uma técnica computacional para avaliar o efeito de obscurecer a matéria nas propriedades observadas dos buracos negros e analisou os dados coletados pela equipe de pesquisa mais ampla usando essa técnica.

De acordo com o artigo, ao conhecer a massa de um buraco negro e quão rápido ele está se alimentando, os pesquisadores podem determinar quando a maioria dos buracos negros supermassivos sofreram a maior parte de seu crescimento, fornecendo informações valiosas sobre a evolução dos buracos negros e do universo.

"Uma das maiores questões em nosso campo é de onde vêm os buracos negros supermassivos ", disse Hickox. "Esta pesquisa fornece uma peça crítica que pode nos ajudar a responder a essa pergunta e espero que ela se torne uma referência fundamental para esta disciplina de pesquisa".

Pesquisas futuras podem incluir o foco em comprimentos de onda que permitem à equipe pesquisar além do universo local. No curto prazo, a equipe gostaria de entender o que aciona os AGNs para entrar no modo de alta acreção e quanto tempo leva para os AGNs de acreção rápida fazerem a transição de fortemente obscurecidos para não obscurecidos.

Fonte: phys.org