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CHANDRA E XMM-NEWTON PROVIDENCIAM MEDIÇÕES DIRECTAS DA ROTAÇÃO DE UM BURACO NEGRO DISTANTE
7 de Março de 2014

 

Astrónomos usaram o Observatório de raios-X Chandra da NASA e o XMM-Newton da ESA para mostrar que um buraco negro supermassivo a seis mil milhões de anos-luz da Terra gira muito rapidamente. Esta primeira medição directa da rotação de um buraco negro tão distante é um avanço importante para a compreensão de como os buracos negros crescem ao longo do tempo.

Os buracos negros são definidos por apenas duas características simples: massa e rotação. Embora os astrónomos tenham sido capazes de medir as massas dos buracos negros de forma muito eficaz, a determinação da rotação tem sido muito mais difícil.

Na última década, os astrónomos têm descoberto maneiras de estimar as rotações dos buracos negros a distâncias superiores a vários milhares de milhões de anos-luz de distância, ou seja, vemos a região em torno dos buracos negros como eram há milhares de milhões de anos. No entanto, a determinação das rotações destes buracos negros remotos envolve vários passos que dependem uns dos outros.

"Nós queremos ser capazes de cortar o intermediário, por assim dizer, de determinar a rotação dos buracos negros em todo o Universo," afirma Rubens Reis da Universidade de Michigan em Ann Arbor, que liderou um artigo descrevendo este resultado, publicado Quarta-feira passada na revista Nature.

Reis e colegas determinaram a rotação de um buraco negro supermassivo que está puxando gás, produzindo um quasar extremamente luminoso conhecido como RX J1131-1231 (ou apenas RX J1131). Devido a um alinhamento fortuito, a distorção do espaço-tempo pelo campo gravitacional de uma galáxia elíptica gigante ao longo da linha de visão do quasar age como uma lente gravitacional que amplia a luz do quasar. As lentes gravitacionais, previstas pela primeira vez por Einstein, oferecem uma rara oportunidade de estudar a região mais interior em quasares distantes, agindo como um telescópio natural e ampliando a luz destas fontes.

"Graças a esta lente gravitacional, fomos capazes de obter informações muito detalhadas sobre o espectro de raios-X - ou seja, a quantidade de raios-X observados em diversos comprimentos de onda - em RX J1131," afirma o co-autor Mark Reynolds também da mesma universidade. "Isto por sua vez permitiu-nos obter um valor muito preciso para o quão rápido o buraco negro gira."

Os raios-X são produzidos quando um disco de acreção de gás e poeira que rodeia o buraco negro cria uma nuvem, ou coroa, com milhões de graus, perto do buraco negro. Os raios-X desta nuvem são reflectidos da borda interior do disco de acreção. As fortes forças gravitacionais perto do buraco negro alteram o espectro dos raios-X reflectidos. Quanto maior a variação no espectro, mais perto a orla interna do disco deve estar do buraco negro.

"Nós estimamos que os raios-X são provenientes de uma região no disco localizada a apenas três vezes o raio do horizonte de eventos, o ponto de não retorno para a matéria que cai para o buraco negro," realça Jon M. Miller, outro autor do artigo. "O buraco negro deve girar muito rapidamente para permitir com que um disco sobreviva num raio tão pequeno."

Por exemplo, um buraco negro em rotação arrasta o espaço em seu redor e permite com que a matéria orbite mais perto do que é possível para um buraco negro sem rotação.

Ao medir a rotação de buracos negros distantes os investigadores descobrem pistas importantes sobre como estes objectos crescem ao longo do tempo. Se os buracos negros crescem principalmente de colisões e fusões entre galáxias, devem acumular material num disco estável, e o fornecimento regular de material novo do disco deve levar a buracos negros com rápida rotação. Em contrapartida, se os buracos negros crescem através de muitos episódios de pequena acreção, vão acumular material a partir de direcções aleatórias. Tal como um carrossel que é empurrado para a frente e para trás, isto faz com que o buraco negro gire mais lentamente.

A descoberta de que o buraco negro em RX J1131 gira a mais de metade da velocidade da luz sugere que este buraco negro, observado a uma distância de seis mil milhões de anos-luz, o que corresponde a uma idade aproximadamente 7,7 mil milhões de anos após o Big Bang, tem crescido através de fusões, em vez de puxar o material a partir de diferentes direcções.

A capacidade de medir a rotação dos buracos negros ao longo de uma ampla gama de tempo cósmico deve tornar possível estudar directamente se o buraco negro evolui mais ou menos na mesma proporção que a sua galáxia hospedeira. A medição da rotação do buraco negro RX J1131-1231 é um grande passo nesse caminho e demonstra uma técnica para a montagem de uma amostra de buracos negros supermassivos distantes com observatórios de raios-X actuais.

Antes do anúncio deste trabalho, os buracos negros mais distantes com estimativas de rotação medidas directamente estavam localizados a 2,5 e a 4,7 mil milhões de anos-luz de distância.

Links:

Notícias relacionadas:
NASA (comunicado de imprensa)
Observatório Chandra
Universidade de Michigan (comunicado de imprensa)
Nature (requer subscrição)
Universe Today
SPACE.com
ScienceDaily
PHYSORG
Scientific American
Reuters
ars technica
io9
AstroPT

RX J1131:
Wikipedia

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

Observatório Chandra:
Página oficial (Harvard)
Página oficial (NASA)
Wikipedia

Observatório XMM-Newton:
ESA
Wikipedia


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Imagens múltiplas de um quasar distante conhecido como RX J1131-1231 são visíveis nesta vista combinada do Chandra (cor-de-rosa) e do Hubble (vermelho, verde e azul).
Crédito: NASA/CXC/Univ. de Michigan/R. C. Reis et al; óptico: NASA/STScI
(clique na imagem para ver versão maior)

 
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