Os padrões de alimentação dos buracos negros oferecem uma visão de seu tamanho, relatam os pesquisadores. Um novo estudo revelou que a oscilação do brilho observada em buracos negros supermassivos que se alimentam ativamente está relacionada à sua massa.
Os buracos negros supermassivos são milhões a bilhões de vezes mais massivos do que o Sol e geralmente residem no centro de galáxias massivas. Quando dormentes e não se alimentando do gás e das estrelas ao seu redor, as SMBHs emitem muito pouca luz; a única maneira que os astrônomos podem detectá-los é por meio de suas influências gravitacionais nas estrelas e no gás em sua vizinhança. No entanto, no início do universo, quando os SMBHs estavam crescendo rapidamente, eles estavam ativamente alimentando – ou agregando – materiais em taxas intensivas e emitindo uma enorme quantidade de radiação – às vezes ofuscando toda a galáxia em que residem, disseram os pesquisadores.
O novo estudo, liderado pelo estudante de graduação em astronomia da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, Colin Burke, e o professor Yue Shen, descobriu uma relação definitiva entre a massa de SMBHs que se alimentam ativamente e a escala de tempo característica no padrão de luz intermitente. Os resultados foram publicados na revista Science.
A luz observada de um SMBH de acréscimo não é constante. Devido a processos físicos que ainda não são compreendidos, ele exibe uma oscilação onipresente em escalas de tempo que variam de horas a décadas. “Existem muitos estudos que exploram possíveis relações entre a cintilação observada e a massa da SMBH, mas os resultados têm sido inconclusivos e às vezes controversos”, disse Burke.
A equipe compilou um grande conjunto de dados de SMBHs de alimentação ativa para estudar o padrão de variabilidade de oscilação. Eles identificaram uma escala de tempo característica, ao longo da qual o padrão muda, que se correlaciona estreitamente com a massa do SMBH. Os pesquisadores então compararam os resultados com anãs brancas de acréscimo, os restos de estrelas como o nosso sol, e descobriram que a mesma relação escala de tempo-massa se mantém, embora as anãs brancas sejam milhões a bilhões de vezes menos massivas do que SMBHs.
As oscilações da luz são flutuações aleatórias no processo de alimentação de um buraco negro, disseram os pesquisadores. Os astrônomos podem quantificar esse padrão de oscilação medindo o poder da variabilidade em função das escalas de tempo. Para o acréscimo de SMBHs, o padrão de variabilidade muda de escalas de tempo curtas para escalas de tempo longas. Esta transição do padrão de variabilidade acontece em uma escala de tempo característica que é mais longa para buracos negros mais massivos.
A equipe comparou a alimentação em um buraco negro com nossa atividade de comer ou beber, equiparando essa transição a um arroto humano. Os bebês freqüentemente arrotam enquanto bebem leite, enquanto os adultos podem segurar o arroto por mais tempo. Os buracos negros fazem a mesma coisa enquanto se alimentam, eles disseram.
“Esses resultados sugerem que os processos que conduzem a oscilação durante o acréscimo são universais, seja o objeto central um buraco negro supermassivo ou uma anã branca muito mais leve”, disse Shen.
“O firme estabelecimento de uma conexão entre a oscilação da luz observada e as propriedades fundamentais do agregador certamente nos ajudará a entender melhor os processos de acréscimo”, disse Yan-Fei Jiang, pesquisador do Flatiron Institute e coautor do estudo.
Os buracos negros astrofísicos vêm em um amplo espectro de massa e tamanho. Entre a população de buracos negros de massa estelar, que pesam menos de várias dezenas de vezes a massa do sol, e SMBHs, há uma população de buracos negros chamados buracos negros de massa intermediária que pesam entre cerca de 100 e 100.000 vezes o massa do sol.
Espera-se que os IMBHs se formem em grande número ao longo da história do universo e podem fornecer as sementes necessárias para se transformarem em SMBHs mais tarde. No entanto, observacionalmente, essa população de IMBHs é surpreendentemente elusiva. Existe apenas um IMBH indiscutivelmente confirmado que pesa cerca de 150 vezes a massa do sol. Mas aquele IMBH foi descoberto por acaso pela radiação da onda gravitacional da coalescência de dois buracos negros menos massivos.
“Agora que há uma correlação entre o padrão de oscilação e a massa do objeto de acreção central, podemos usá-lo para prever como pode ser o sinal de oscilação de um IMBH”, disse Burke.
Astrônomos de todo o mundo estão esperando pelo início oficial de uma era de pesquisas massivas que monitoram o céu dinâmico e variável. O Observatório Vera C. Rubin no Legacy Survey of Space and Time do Chile fará um levantamento do céu ao longo de uma década e coletará dados cintilantes de luz para bilhões de objetos, começando no final de 2023.
“A mineração do conjunto de dados LSST para procurar padrões de oscilação consistentes com o acúmulo de IMBHs tem o potencial de descobrir e compreender totalmente essa população misteriosa de buracos negros há muito procurada”, disse o co-autor Xin Liu, professor de astronomia da Universidade de Washington. de I.
Este estudo é uma colaboração com o professor de astronomia e física Charles Gammie e o pesquisador de pós-doutorado em astronomia Qian Yang, do Centro de Estudos Avançados do Universo de Illinois, e pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara; a Universidade de St. Andrews, Reino Unido; o Instituto Flatiron; a Universidade de Southampton, Reino Unido; a Academia Naval dos Estados Unidos; e a Universidade de Durham, Reino Unido
Burke, Shen e Liu também são afiliados ao Center for Astrophysical Surveys do National Center for Supercomputing Applications em Illinois.
Publicado em 15/08/2021 15h11
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