Dois buracos negros quase se tocam no espaço, mas os astrônomos não podem vê-los e mesmo assim ainda podemos admirar seus movimentos de dança chamativos interagindo com o disco de acreção de um deles.
Como os buracos negros têm uma força gravitacional tão forte que nem a luz pode escapar, eles não podem ser observados diretamente e, portanto, são difíceis de estudar. Mas um par de buracos negros encantou os astrônomos com uma dança celestial complicada que periodicamente produz flashes extremamente claros de explosões de luz que são mais brilhantes que um trilhão de estrelas e até mesmo toda a galáxia da Via Láctea.
Ao estudar o tempo desses flashes de luz, os pesquisadores tentaram mapear a complexa coreografia dos movimentos dos buracos negros e prever exatamente quando o sistema voltará a brilhar. Após mais de 120 anos de observações e décadas de construção de modelos de computador, os astrônomos finalmente descobriram o que esses buracos negros estão fazendo, graças aos dados do Telescópio Espacial Spitzer, agora aposentado da NASA.
Os dois buracos negros “dançantes” estão localizados a 3,5 bilhões de anos-luz da Terra, no centro de uma galáxia chamada OJ 287. O maior dos dois é um dos maiores buracos negros já encontrados, pesando mais de 18 bilhões de vezes a massa do sol. Orbitando em torno deste grande buraco negro está um buraco negro muito menor, que é cerca de 150 milhões de vezes a massa do sol. Duas vezes a cada 12 anos, o buraco negro menor passa pelo disco de acréscimo do maior, ou a faixa plana de poeira e gás que cai no buraco negro, criando brilhantes labaredas de luz.
Como a órbita do pequeno buraco negro é irregular – sua posição muda a cada ciclo de 12 anos em torno de seu parceiro – esses flashes não ocorrem regularmente. Às vezes, eles podem ocorrer com apenas um ano de intervalo, enquanto outras vezes até uma década passam entre as chamas. O momento aparentemente aleatório das explosões tornou difícil para os astrônomos descobrir exatamente que tipo de “dança” esses buracos negros estão fazendo. Uma simulação de computador em 2010 foi capaz de prever os surtos dentro de uma a três semanas. Em 2018, outro grupo de pesquisadores liderado por Lankeswar Dey, um estudante de pós-graduação do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Mumbai, publicou um novo modelo que eles alegavam poder prever a ocorrência dos surtos em quatro horas. Em um novo estudo, publicado terça-feira (28 de abril) no The Astrophysical Journal Letters, o grupo de Dey relata que as observações de Spitzer sobre um surto em 31 de julho de 2019 confirmam que seu modelo está correto.
O Telescópio Espacial Spitzer, que a NASA desativou em janeiro, estava no lugar certo e na hora certa para observar o clarão naquele dia, quando nenhum outro telescópio na Terra ou no espaço conseguiu vê-lo. Naquela época, o JO 287 estava do lado oposto do sol da perspectiva da Terra.
Spitzer estava a 254 milhões de quilômetros da Terra na época e, de seu ponto de vista, o telescópio tinha uma visão clara do OJ 287 por pouco mais de um mês, de 31 de julho a início de setembro, disseram autoridades da NASA em um declaração.
“Quando verifiquei pela primeira vez a visibilidade do OJ 287, fiquei chocado ao descobrir que Spitzer ficou visível no dia em que se previa o próximo surto”, Seppo Laine, cientista do Caltech / IPAC em Pasadena, Califórnia, que supervisionaram as observações de Spitzer sobre o sistema, disse no comunicado. “Foi extremamente feliz que poderíamos capturar o pico desse surto com Spitzer, porque nenhum outro instrumento feito pelo homem foi capaz de alcançar esse feito naquele momento específico”.
Para chegar a essa previsão precisa, os pesquisadores não analisaram apenas a mecânica orbital do sistema. Eles também tiveram que explicar as ondas gravitacionais, ou ondulações no espaço-tempo criadas quando objetos maciços se movem pelo espaço, distorcendo seus arredores. Os astrônomos esperam que o sistema de buracos negros do OJ 287 gere ondas gravitacionais fortes o suficiente para alterar a órbita do buraco negro menor, de acordo com o comunicado.
Ao incorporar ondas gravitacionais em seus cálculos, os pesquisadores foram capazes de prever um período de 1,5 dia no qual o sistema produziria um surto. Mas eles reduziram ainda mais isso, para apenas quatro horas, levando em consideração o “teorema sem pêlos” dos buracos negros – uma ideia que Stephen Hawking famosa duvidava. Esse teorema postula que as superfícies dos buracos negros são inexpressivas e simétricas, em vez de irregulares e irregulares. (Buracos negros não têm literalmente uma “superfície”, mas um limite invisível conhecido como horizonte de eventos, onde nem a luz pode escapar da força gravitacional do buraco negro.)
Se o grande buraco negro no centro do OJ 287 fosse irregular, com sua massa desigualmente distribuída, sua atração gravitacional no buraco negro menor seria inconsistente, o que afetaria a órbita do buraco negro menor e o tempo das explosões. Mas a órbita simétrica em forma de espirógrafo do objeto menor suporta o teorema sem pêlos, afirma o novo estudo.
“É importante para os cientistas dos buracos negros que provemos ou refutamos o teorema dos cabelos”, disse Mauri Valtonen, astrofísico da Universidade de Turku, na Finlândia, e co-autor do estudo, em comunicado. “Sem ele, não podemos confiar que os buracos negros previstos por Hawking e outros existem.”
Publicado em 01/05/2020 08h20
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