Quando você pensa em um buraco negro, você pode pensar que sua característica definidora é seu horizonte de eventos. Esse ponto sem retorno nem mesmo a luz pode escapar. Embora seja verdade que todos os buracos negros têm um horizonte de eventos, uma característica mais crítica é o disco de gás quente e poeira que o rodeia, conhecido como disco de acreção. E uma equipe de astrônomos fez a primeira medição direta de um deles.
De acordo com Newton, se você deixar cair um objeto do repouso perto de um planeta ou estrela, o objeto cairá direto, traçando um caminho linear até atingir o planeta ou estrela. Einstein diz algo um pouco diferente. Esse caminho reto só é possível se o planeta ou estrela não estiver girando. Se estiver girando, o espaço próximo ao planeta ou estrela estará distorcido. É um efeito conhecido como arrastar quadro e significa que nosso objeto será puxado em torno de um objeto conforme ele cai. Medimos o arrastamento de quadros em satélites próximos à Terra, então sabemos que é um efeito real.
Perto de buracos negros de rotação rápida, o efeito de arrastar o quadro pode ser imenso. Isto significa que, à medida que o gás e a poeira começam a cair em direção ao buraco negro, são varridos para um disco em torno do plano equatorial do buraco negro. Todo o gás e poeira são superaquecidos, o que cria uma pressão tremenda. Um disco de acreção pode gerar fortes campos magnéticos, emitir poderosos raios X e até mesmo alimentar jatos de gás que saem do buraco negro quase à velocidade da luz. A maioria dos buracos negros que identificamos no Universo passaram pelos efeitos de alta energia dos seus discos de acreção. Mas a física dos discos de acreção de buracos negros é complexa e ainda não compreendemos completamente a sua dinâmica nem temos uma medida precisa do seu tamanho.
Temos uma medida básica do tamanho dos discos de acreção. Uma das coisas que notamos nos quasares é que eles podem flutuar em brilho. Quasares são buracos negros supermassivos com um disco de acreção radiobrilhante. Dada a velocidade finita da luz, a taxa de flutuações nos dá um limite superior para o tamanho do disco de acreção. Assim, por exemplo, se um quasar flutua na escala de um ano, sabemos que o disco de acreção não pode ser maior do que cerca de um ano-luz de diâmetro. O quasar flutuante medido com mais precisão é o 3C 273, e sabemos que o seu disco de acreção tem cerca de 1,5 anos-luz de diâmetro, ou cerca de 100.000 UA.
Mas este é apenas um limite superior e o disco de acreção pode ser menor. Sem uma medida direta de um disco de acreção, contamos com simulações de computador para estimar seu tamanho. Mas este trabalho recente mediu diretamente o disco de acreção de um buraco negro supermassivo, o que nos dá um passo em frente na compreensão dos buracos negros.
Para conseguir isso, a equipe usou uma abordagem diferente. Em vez de usar flutuações de brilho, eles mediram as linhas de emissão de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia conhecida como III Zw 002. Usando o telescópio Gemini North, eles conseguiram estudar uma linha de emissão particularmente brilhante de hidrogênio e uma de oxigênio. Ambos os espectros apresentaram uma característica de pico duplo. Este pico duplo é causado pela rotação do disco de acreção. À medida que o disco gira, a luz da parte do disco que gira em nossa direção é deslocada em direção ao espectro azul, enquanto a luz na parte do disco que gira para longe de nós é desviada para o vermelho. O efeito é mais significativo nas bordas externas do disco, daí o aparecimento de um pico duplo.
A partir destes dados espectrais, a equipe determinou que o buraco negro tem cerca de 400 a 900 milhões de massas solares e que o seu eixo de rotação está inclinado cerca de 18 graus em relação à nossa linha de visão. Os picos da linha do hidrogênio estão a cerca de 16,8 dias-luz do buraco negro, e os picos da linha do oxigênio estão a cerca de 18,9 dias-luz do buraco negro. Isso significa que o disco de acreção tem cerca de 40 dias-luz de diâmetro.
Este resultado é apenas o primeiro passo. A equipe continua a observar III Zw 002 e espera poder estudar como o disco de acreção gira em torno do buraco negro ao longo do tempo, o que nos informará sobre a dinâmica entre os dois.
Publicado em 08/09/2023 22h08
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