No centro da maioria das galáxias encontra-se um buraco negro supermassivo. Alguns deles estão se alimentando ativamente do gás e da poeira ao seu redor, expelindo o excesso de energia como jatos poderosos que são vistos como quasares em todo o Universo observável. Um novo estudo liderado por astrônomos do Cosmic Dawn Center revisou esse processo usando novas técnicas – e os resultados podem mudar a forma como pensamos sobre as dietas desses gigantes cósmicos.
Localizados no centro das galáxias, os buracos negros supermassivos são milhões ou até bilhões de vezes mais massivos que o nosso Sol. Com sua força gravitacional extrema, eles são capazes de engolir grandes quantidades de gás, poeira e talvez até estrelas que vagam em sua vizinhança.
A física nos diz que esse material tende a formar um disco à medida que é atraído para o buraco negro em um fenômeno chamado “acreção”. Agora, esses discos de acreção são alguns dos lugares menos convidativos e violentos do Universo conhecido, com velocidades que se aproximam da velocidade da luz e temperaturas muito superiores à superfície do nosso Sol. Esse calor produz radiação que vemos como luz, mas a conversão de calor em luz é tão eficiente – cerca de 30 vezes mais eficiente que a fusão nuclear – que os físicos não entendem bem como.
Gigantes cósmicos famintos
Os padrões alimentares dos buracos negros têm grande variedade. Alguns, como o da nossa Galáxia, não têm muita fome e não parecem ter discos de acreção. Mas vemos outras galáxias com fome voraz cujos buracos negros supermassivos cresceram discos de acreção extremamente quentes tão brilhantes que ofuscam todas as estrelas em sua galáxia.
Só recentemente obtivemos nossa primeira imagem de um disco de acreção do Event Horizon Telescope, uma rede mundial de radiotelescópios. No entanto, este disco de acreção pertence a uma galáxia muito próxima. Não podemos repetir esse experimento com galáxias mais distantes, pois os discos são simplesmente muito pequenos e, portanto, não resolvidos, mesmo pelos maiores telescópios.
Variabilidade é fundamental
Felizmente, outro método de sondar o tamanho e a estrutura de discos de acreção distantes parece promissor: embora não possamos resolver os vários componentes dos discos, podemos estudar como sua intensidade varia no tempo. Ao estudar as variações na luz dos discos, podemos montar uma imagem dos discos de acreção das galáxias mais distantes.
Isto é o que DAWN Ph.D. O colega John Weaver fez, analisando observações anteriores de mais de 9.000 galáxias com discos de acreção brilhantes – os chamados quasares – do programa observacional “Sloan Digital Sky Survey”.
Quando a fonte não for resolvida, a luz observada do disco de acreção será “contaminada” pela luz da galáxia que hospeda o buraco negro. Essa luz indesejada das galáxias hospedeiras foi amplamente ignorada por estudos anteriores. No entanto, usando um novo modelo para as variações na luz do quasar, John Weaver e seu colaborador Keith Horne, professor de astronomia da Universidade de St Andrews, conseguiram separar a luz do disco de acreção da da galáxia hospedeira.
Em outras palavras, o modelo permitiu que eles vissem mais diretamente a luz do disco de acreção em torno de buracos negros supermassivos, mesmo em galáxias a bilhões de anos-luz de distância.
Obscurecido pela poeira
O que Weaver e Horne descobriram foi que a poeira cósmica perto do disco de acreção provavelmente estava bloqueando sua visão. Usando vários modelos diferentes de poeira cósmica para explicar e remover seus efeitos obscurecedores, eles foram capazes de determinar o quão quente é o disco de acreção, tanto perto do buraco negro quanto longe dele nas bordas do disco.
Essa diferença de temperatura entre o disco interno quente e o disco externo frio foi teoricamente prevista. No entanto, o que Weaver e Horne encontraram observacionalmente foi uma imagem muito diferente da temperatura do disco: os discos ficaram ainda mais quentes perto do buraco negro do que o previsto. Essas descobertas inesperadas foram publicadas hoje no Monthly Notices of The Royal Astronomical Society e sugerem que nossas suposições e modelos teóricos precisam ser revisados – com consequências para nossa compreensão dos buracos negros supermassivos.
Não apenas temos mais a aprender sobre buracos negros supermassivos, mas as variações em sua fome voraz são uma demonstração maravilhosa de que nosso Universo é um lugar muito mais dinâmico do que se esperaria olhando para o céu noturno estático.
Publicado em 03/02/2022 19h18
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