Como redemoinhos no oceano, buracos negros girando no espaço criam uma torrente rodopiante ao redor deles. No entanto, buracos negros não criam redemoinhos de vento ou água. Em vez disso, eles geram discos de gás e poeira aquecidos a centenas de milhões de graus que brilham na luz dos raios X.
Usando dados do Observatório de Raios-X Chandra, da Nasa, e de alinhamentos ao longo de bilhões de anos-luz, os astrônomos desenvolveram uma nova técnica para medir o giro de cinco buracos negros supermassivos. A matéria em um desses vórtices cósmicos gira em torno de seu buraco negro a mais de 70% da velocidade da luz.
Os astrônomos se aproveitaram de um fenômeno natural chamado lente gravitacional. Com o alinhamento certo, a flexão do espaço-tempo por um objeto massivo, como uma grande galáxia, pode ampliar e produzir múltiplas imagens de um objeto distante, como previsto por Einstein.
Nesta última pesquisa, os astrônomos usaram Chandra e lentes gravitacionais para estudar seis quasares, cada um consistindo de um buraco negro supermassivo consumindo rapidamente matéria de um disco de acreção circundante. Lente gravitacional da luz de cada um desses quasares por uma galáxia interveniente criou várias imagens de cada quasar, como mostrado por essas imagens Chandra de quatro dos alvos. A capacidade de imagem nítida do Chandra é necessária para separar as múltiplas imagens de lente de cada quasar.
O principal avanço feito pelos pesquisadores neste estudo foi que eles se aproveitaram da “microlente”, em que as estrelas individuais na galáxia de lentes de contato forneceram ampliação adicional da luz do quasar. Uma ampliação maior significa que uma região menor está produzindo a emissão de raios-X.
Os pesquisadores então usaram a propriedade de que um buraco negro giratório está arrastando espaço ao redor e permite que a matéria orbite mais perto do buraco negro do que é possível para um buraco negro não giratório. Portanto, uma região emissora menor correspondendo a uma órbita rígida geralmente implica em um buraco negro girando mais rapidamente. Os autores concluíram a partir de sua análise de microlente que os raios X vêm de uma região tão pequena que os buracos negros devem estar girando rapidamente.
Os resultados mostraram que um dos buracos negros, no quasar da lente chamado de “Einstein Cross”, está girando a, ou quase, a taxa máxima possível. Isso corresponde ao horizonte de eventos, o ponto de não retorno do buraco negro, girando à velocidade da luz, que é de cerca de 670 milhões de quilômetros por hora. Quatro outros buracos negros na amostra estão girando, em média, a cerca de metade dessa taxa máxima. (O 6º não permitiu uma estimativa do spin.)
Para a Cruz de Einstein, a emissão de raios X é de uma parte do disco que é menor que 2,5 vezes o tamanho do horizonte de eventos, e para os outros 4 quasares, os raios X vêm de uma região de quatro a cinco vezes o tamanho. do horizonte de eventos.
Como esses buracos negros podem girar tão rapidamente? Os pesquisadores acham que esses buracos negros supermassivos provavelmente cresceram acumulando a maior parte de seu material em bilhões de anos a partir de um disco de acreção girando com orientação e direção de rotação semelhantes, em vez de direções aleatórias. Como um carrossel que continua sendo empurrado na mesma direção, os buracos negros continuavam ganhando velocidade.
Os raios-X detectados pelo Chandra são produzidos quando o disco de acreção ao redor do buraco negro cria uma nuvem de vários graus, ou coroa, acima do disco próximo ao buraco negro. Os raios X desta corona refletem a borda interna do disco de acreção, e as fortes forças gravitacionais perto do buraco negro distorcem o espectro de raios X refletido, isto é, a quantidade de raios X vistos em diferentes energias. As grandes distorções vistas nos espectros de raios X dos quasares aqui estudados implicam que a borda interna do disco deve estar próxima dos buracos negros, dando mais evidências de que eles devem estar girando rapidamente.
Os quasares estão localizados a distâncias que variam de 8,8 bilhões a 10,9 bilhões de anos-luz da Terra, e os buracos negros têm massa entre 160 e 500 milhões de vezes a do Sol. Estas observações foram as mais longas já feitas com Chandra de quasares gravitacionalmente com lentes, com tempos totais de exposição variando entre 1,7 e 5,4 dias.
Publicado em 07/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-x-rays-black-holes-cosmic-sea.html
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