Do nosso ponto de vista único no cosmos, é realmente difícil entender o espaço tridimensional.
Podemos facilmente mapear estrelas em constelações em relação umas às outras, mas saber quais estão mais próximas e quais estão mais distantes é muito mais difícil de medir.
Uma maneira de determinar a distância de objetos no espaço é usando velas padrão – objetos de brilho intrínseco conhecido. Os astrônomos medem a diferença entre o quão brilhante o objeto realmente é e o quão brilhante ele parece para nós a anos-luz de distância, e usam essa diferença para calcular a distância que a luz viajou.
Essas velas incluem estrelas pulsantes cujo brilho intrínseco está ligado ao tempo de seus pulsos e supernovas com uma faixa limitada de brilho de pico.
Agora, os astrônomos demonstraram a viabilidade do que parece ser a ferramenta mais improvável do Universo para este conjunto – buracos negros supermassivos. Ou, pelo menos, os ecos deles.
“Medir distâncias cósmicas é um desafio fundamental na astronomia, então a possibilidade de ter um truque extra na manga é muito emocionante”, disse o astrônomo Yue Shen, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.
Você pode estar se sentindo um pouco perplexo aqui. Embora seja verdade que sabemos (mais ou menos) como os buracos negros são brilhantes, isso não ajuda em nada – porque eles são, bem, o oposto de brilhantes.
Eles não emitem nenhuma radiação perceptível; eles são efetivamente invisíveis.
Existem cerca de um bilhão de buracos negros de massa estelar na Via Láctea; identificamos apenas alguns poucos.
Buracos negros supermassivos que residem no coração das galáxias, no entanto, são uma chaleira de peixes muito diferente.
Não, ainda não podemos vê-los; mas se estiverem ativos, o material ao redor deles brilha muito intensamente. E é a maneira como a luz se comporta neste ambiente imediato que pode ser usada para determinar seu brilho intrínseco.
Um buraco negro supermassivo ativo é aquele que se alimenta de material, e esse material é estruturado em torno do buraco negro em uma arquitetura conhecida. No centro está o próprio buraco negro supermassivo, uma besta que pode ter milhões a dezenas de bilhões de vezes a massa do Sol.
Em torno dele gira um disco de material, sifonando gravitacionalmente para o buraco negro, um pouco como água circulando e caindo em um ralo. Este é o disco de acreção, e as intensas forças gravitacionais e de fricção nele aquecem o material e fazem com que ele brilhe intensamente. Mas não foi isso que os astrônomos mediram.
Do lado de fora do disco de acreção está uma nuvem maior, um anel de poeira em forma de rosquinha chamado toro. Toda a estrutura é montada como na ilustração acima. É esse toro externo que é a chave para uma técnica conhecida como mapeamento de eco, ou mapeamento de reverberação.
De vez em quando, a região do disco de acreção mais próxima de um buraco negro supermassivo ativo brilha intensamente em comprimentos de onda principalmente ópticos e ultravioleta – e quando atinge o toro, “ecoa”.
A luz óptica e ultravioleta é absorvida pela nuvem empoeirada, que aquece e emite essa energia térmica na forma de luz infravermelha média.
Os discos de acréscimo podem ser enormes; pode levar anos para que a luz alcance o toro e seja reemitida. Mas, como sabemos a velocidade da luz, os astrônomos podem usar o tempo entre o clarão e o eco para calcular a distância entre a borda interna do disco de acreção e o toro.
É aqui que fica realmente inteligente. Sabemos que a borda interna do disco de acreção está incrivelmente quente. E sabemos que o disco fica mais frio à medida que nos afastamos do buraco negro.
Quando a temperatura cai para cerca de 1.200 graus Celsius (2.200 graus Fahrenheit), é quando as nuvens de poeira podem se formar.
Portanto, a distância entre o toro e a borda interna do disco de acreção é diretamente proporcional a essa temperatura incrivelmente quente.
Se conhecermos a distância, podemos calcular a temperatura – e uma vez que sabemos a temperatura, podemos calcular a quantidade de luz que essa região está emitindo. Estrondo. Brilho intrínseco. Essa ligação é chamada de relação R-L (para raio e luminosidade).
Bem, obviamente não é tão simples como “boom”. Você precisa observar um buraco negro com muito cuidado durante longos períodos de tempo para detectar o flash ótico / ultravioleta e o eco infravermelho médio.
Uma equipe de astrônomos liderada por Qian Yang, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, analisou quase duas décadas de dados coletados por telescópios óticos baseados em terra para procurar o flash ótico.
Em seguida, eles estudaram os dados coletados entre 2010 e 2019 pelo Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer da NASA, procurando por chamas infravermelhas correspondentes.
Eles identificaram 587 buracos negros supermassivos com um flash óptico e um eco infravermelho médio – a maior pesquisa deste tipo.
E embora ainda haja espaço para refinar os dados – os levantamentos infravermelhos não abrangeram toda a faixa infravermelha, o que significa que há uma grande incerteza nos cálculos de distância – eles confirmaram que a relação RL é dimensionada e que o eco se comporta da mesma forma em buracos negros supermassivos de todos os tamanhos em sua amostra.
O trabalho para refinar as medições estará em andamento.
A equipe está trabalhando no aprimoramento de seus modelos para restringir melhor o comportamento da poeira e como ela emite luz infravermelha. E, é claro, pesquisas em andamento com tecnologia melhor continuarão a fornecer observações de maior qualidade.
“A beleza da técnica de mapeamento de eco é que esses buracos negros supermassivos não vão desaparecer tão cedo”, disse Yang. “Assim, podemos medir os ecos da poeira repetidamente para o mesmo sistema para melhorar a medição da distância.”
Publicado em 11/10/2020 20h31
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