Instrumento de raios X da NASA descobre que buracos negros agem como "gangorras cósmicas", moldando o universo.

"Estamos testemunhando o que poderia ser descrito como uma intensa disputa dentro do fluxo de acreção do buraco negro." 

Uma ilustração mostra um buraco negro expelindo um poderoso vento cósmico (Crédito da imagem: ESO/M. Kornmesser).

Acontece que a expressão "não se pode ter tudo" também se aplica aos buracos negros. Os astrônomos descobriram que, embora alimentar buracos negros possa produzir ventos cósmicos poderosos e expelir jatos de alta energia, eles não conseguem fazer as duas coisas ao mesmo tempo.

Em vez disso, esta nova pesquisa sugere que os buracos negros, na verdade, agem como "gangorras cósmicas", alternando entre esses dois modos distintos de fluxo de saída. Essa descoberta não só tem implicações para o crescimento dos buracos negros, como também pode nos ajudar a entender melhor como eles influenciam a formação de estrelas e, consequentemente, como moldam suas galáxias hospedeiras.

"Estamos observando o que poderia ser descrito como uma disputa energética dentro do fluxo de acreção do buraco negro. Quando o buraco negro dispara um jato de plasma em alta velocidade, o vento de raios X diminui, e quando o vento recomeça, o jato desaparece", disse Jiachen Jiang, membro da equipe da Universidade de Warwick, em um comunicado. "Isso nos revela algo fundamental sobre como os buracos negros regulam sua produção de energia e interagem com o ambiente ao seu redor."

Jiang e seus colegas fizeram essa descoberta enquanto estudavam o sistema 4U 1630−472, que contém um buraco negro com cerca de 10 vezes a massa do Sol, que está ativamente arrancando matéria de uma estrela companheira. Eles estudaram esse sistema com o instrumento NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA, a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS), e com o radiotelescópio MeerKAT, ao longo de um período de três anos.

A matéria roubada pelo buraco negro forma uma placa giratória de plasma ao seu redor, chamada disco de acreção, que o alimenta gradualmente. Mas nem todo esse material ex-estelar está destinado a cair no buraco negro; parte dele é expelida a velocidades próximas à da luz, enquanto outra parte é arrancada pelas espirais do buraco negro.

O que a equipe descobriu foi que esse buraco negro nunca produziu ventos poderosos e jatos de alta energia simultaneamente, embora o disco de acreção e a matéria arrancada da estrela companheira que reabastecia esse disco permanecessem constantes.

"Nossas observações fornecem evidências claras de que os sistemas binários de buracos negros alternam entre jatos poderosos e ventos energéticos — nunca produzindo ambos simultaneamente — destacando a complexa interação e competição entre diferentes formas de fluxos de saída de buracos negros", disse Zuobin Zhang, membro da equipe e professor da Universidade de Oxford, em comunicado.

A forma como os mecanismos de fluxo de saída oscilavam nesse buraco negro sugere um mecanismo natural de autorregulação, e que jatos e ventos competem pela mesma matéria. Os pesquisadores também descobriram que, embora o tipo de fluxo de saída variasse, a quantidade de energia e massa transportada permanecia constante. Isso também implica uma taxa total de fluxo de saída aproximadamente constante.

A equipe por trás desta pesquisa teoriza que o método de alternância entre fluxo de entrada e saída não depende da quantidade de matéria que está caindo em direção ao buraco negro, mas sim da configuração dos campos magnéticos dentro do disco de acreção.

Isso significa que os buracos negros não apenas engolem gás e poeira em suas galáxias hospedeiras, mas também podem controlar como essa matéria é expelida de volta para seu ambiente cósmico. Como esse gás e poeira são os blocos de construção de novas estrelas, isso significa que essas oscilações cósmicas desempenham um papel crucial na regulação da formação estelar e, portanto, no crescimento das galáxias.

A pesquisa da equipe foi publicada em 5 de janeiro na revista Nature

Space.com