A luz flutuante de um buraco negro, observada ao longo de 15 anos, revelou mais sobre a forma como esses objetos enigmáticos se alimentam.
Primeiro, uma estrutura chamada corona se forma ao redor do horizonte de eventos. Então, poderosos jatos de plasma são lançados dos pólos, perfurando o material da coroa para o espaço interestelar a velocidades próximas à da luz no vácuo.
A descoberta – comparada à batida rítmica de uma ‘batida do coração’ – resolve uma longa questão em aberto na ciência dos buracos negros.
“Parece lógico, mas há vinte anos há um debate sobre se a coroa e o jato eram simplesmente a mesma coisa”, explica o astrofísico Mariano Méndez, da Universidade de Groningen, na Holanda.
“Agora vemos que eles surgem um após o outro e que o jato segue da coroa.”
O buraco negro em questão faz parte do GRS 1915+105, localizado a cerca de 36.000 anos-luz do Sol. É o que chamamos de microquasar – um buraco negro de massa estelar trancado em um sistema binário próximo com outro objeto e se alimentando dele; no caso de GRS 1915+105, esta é uma estrela normal.
Como os dois objetos estão tão próximos, o buraco negro retira material da estrela; esse material forma um disco ao redor do buraco negro que gradualmente o alimenta.
É a mesma coisa que vemos em maior escala nos quasares, que são núcleos galácticos que contêm um buraco negro supermassivo ativo de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol.
O buraco negro GRS 1915+105 tem apenas 12 vezes a massa do Sol, portanto microquasar; mesmo assim, é um dos buracos negros de massa estelar mais massivos conhecidos na Via Láctea.
Esse processo gera muita luz a partir do aquecimento do disco e do ambiente complicado ao redor do buraco negro. Uma estrutura geradora de luz é a corona, entre a borda interna do disco de acreção e o horizonte de eventos.
Esta é uma região de elétrons extremamente quentes que se acredita serem alimentados pelo campo magnético do buraco negro, agindo como um síncrotron para acelerar os elétrons a energias tão altas que brilham nos comprimentos de onda dos raios X.
Depois, há jatos. Acredita-se que eles consistam em material acelerado ao longo das linhas do campo magnético fora do horizonte de eventos do buraco negro até as regiões polares, onde são lançados no espaço em velocidade, emitindo luz em comprimentos de onda de rádio.
Isso é o que os cientistas pensam, de qualquer maneira. O espaço ao redor dos buracos negros é tão extremo que é difícil entender os processos que ocorrem.
Méndez e seus colegas queriam saber mais sobre como os jatos são acelerados e lançados. Eles coletaram dados de raios-X e rádio no microquasar coletados entre 1996 e 2012 e os estudaram cuidadosamente em busca de pistas.
Sua amostra final consistiu em 410 observações simultâneas de raios-X e rádio de GRS 1915+105. Isso significava que eles podiam observar mudanças em ambos os tipos de luz ao mesmo tempo. Eles descobriram que quando a luz do raio X é forte, o rádio é fraco e vice-versa; e que os jatos são mais fortes quando a coroa é menor.
Isso sugere que a energia que alimenta o sistema microquasar pode ser direcionada para a coroa de raios X ou para o jato relativístico. Somados aos modelos das flutuações de luz do sistema, os pesquisadores concluíram que, pelo menos em GRS 1915+105, parece que a coroa se transforma em jato.
“Foi um grande desafio demonstrar essa natureza sequencial”, disse Méndez. “Tivemos que comparar dados de anos com segundos, e de energias muito altas com muito baixas.”
O próximo passo para a equipe será tentar explicar algumas esquisitices que suas observações revelaram. A coroa de raios-X é mais brilhante, eles descobriram, do que pode ser explicado apenas pela temperatura. Isso significa que algo mais pode estar em jogo. A equipe acha que o campo magnético pode ser o responsável.
A rotação diferencial do buraco negro e do disco de acreção pode fazer com que os campos magnéticos se tornem emaranhados e caóticos. Quando o campo magnético é caótico, especula a equipe, a coroa se aquece; quando volta à ordem, o material pode escapar e, assim, os jatos são lançados.
E esse processo também deve ser dimensionado com a massa do buraco negro, o que pode nos ajudar a entender como os quasares massivos se comportam.
“Em princípio”, escrevem os pesquisadores, “a mesma canalização de energia para o jato e a coroa deve acontecer em buracos negros supermassivos e, portanto, deve se aplicar a toda a gama de massas de buracos negros no plano fundamental da atividade dos buracos negros”.
Publicado em 09/03/2022 15h08
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