O buraco negro supermassivo no coração da galáxia M87, que se tornou famoso pela primeira imagem da sombra de um buraco negro, deu origem a outra novidade: confirmou-se agora que o seu jato oscila, fornecendo uma evidência direta de que o buraco negro está a girar.

Os buracos negros supermassivos, monstros até milhares de milhões de vezes mais pesados do que o Sol que devoram tudo à sua volta, incluindo a luz, são difíceis de estudar porque nenhuma informação pode escapar do seu interior. Teoricamente, há muitas poucas propriedades que possamos sequer esperar medir. Uma propriedade que poderia ser observada é a rotação, mas devido às dificuldades envolvidas, não têm havido observações diretas da rotação de buracos negros.

À procura de evidências da rotação de buracos negros, uma equipa internacional analisou mais de duas décadas de dados observacionais da galáxia M87. Esta galáxia, localizada a 55 milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação de Virgem, alberga um buraco negro 6,5 mil milhões de vezes mais massivo do que o Sol, o mesmo buraco negro que produziu a primeira imagem da sombra de um buraco negro pelo EHT (Event Horizon Telescope) em 2019. Sabe-se que o buraco negro supermassivo na galáxia M87 tem um disco de acreção, que alimenta o buraco negro com matéria, e um jato, no qual a matéria é ejetada de perto do buraco negro a uma velocidade próxima da da luz.

A equipa analisou dados relativos a 170 períodos de tempo recolhidos pela EAVN (East Asian VLBI Network), pelo VLBA (Very Long Baseline Array), pela rede conjunta KVN e VERA (KaVA) e pela rede VLBI EATING (East Asia to Italy Nearly Global). No total, mais de 20 radiotelescópios de todo o mundo contribuíram para este estudo.

Painel superior: estrutura do jato de M87 a 43 GHz em média de dois em dois anos de 2013 a 2018. Os anos correspondentes estão indicados no canto superior esquerdo. As setas brancas indicam o ângulo de posição do jato em cada subparcela. Painel inferior: evolução observada da direção do jato entre 2000 e 2022. Os pontos verdes e azuis são obtidos a partir de observações a 22 e 43 GHz. A linha vermelha representa uma curva sinusoidal de melhor ajuste com um período de 11 anos. Crédito: Cui et al. (2023)

Os resultados mostram que as interações gravitacionais entre o disco de acreção e a rotação do buraco negro fazem com que a base do jato oscile, ou precesse, da mesma forma que as interações gravitacionais dentro do Sistema Solar fazem com que a Terra precesse. A equipa conseguiu ligar a dinâmica do jato ao buraco negro supermassivo central, fornecendo evidências diretas de que o buraco negro está, de facto, a girar. A direção do jato muda cerca de 10 graus com um período de precessão de 11 anos, o que corresponde às simulações teóricas em supercomputador realizadas pelo ATERUI II no NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan).

"Estamos entusiasmados com esta descoberta significativa", diz Yuzhu Cui, autora principal do artigo que resume a investigação que iniciou como estudante no NAOJ antes de se mudar para o Laboratório de Zhejiang como investigadora de pós-doutorada. "Uma vez que o desalinhamento entre o buraco negro e o disco é relativamente pequeno e o período de precessão é de cerca de 11 anos, a acumulação de dados de alta resolução que traçam a estrutura de M87 ao longo de duas décadas e uma análise minuciosa são essenciais para esta descoberta."

"Depois do sucesso da imagem do buraco negro nesta galáxia com o EHT, saber se este buraco negro está a girar ou não tem sido uma preocupação central entre os cientistas", explica o Dr. Kazuhiro Hada do NAOJ. "Agora, a antecipação transformou-se em certeza. Este buraco negro monstruoso está de facto a girar".

"Este é um marco científico empolgante que foi finalmente revelado através de anos de observações conjuntas pela equipa internacional de investigadores de 45 instituições de todo o mundo, trabalhando em conjunto", diz o Dr. Motoki Kino da Universidade de Kogakuin, coordenador do Grupo de Trabalho Científico de Núcleos Galácticos Ativos da EAVN. "Os nossos dados observacionais, perfeitamente ajustados à curva sinusoidal simples, trazem-nos novos avanços na nossa compreensão do sistema de buraco negro e jato."

// NAOJ (comunicado de imprensa)
// EHT-Japão (comunicado de imprensa)
// Academia Chinesa de Ciências (comunicado de imprensa)
// CfCA (comunicado de imprensa)
// Universidade Metropolitana de Osaka (comunicado de imprensa)
// Universidade de Estudos Avançados - SOKENDAI (comunicado de imprensa)
// ICCR, Universidade de Tóquio (comunicado de imprensa)
// Universidade de Yamaguchi (comunicado de imprensa)
// Instituto de Astrofísica da Andaluzia (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)

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EHT (Event Horizon Telescope):
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VLBA (Very Long Baseline Array):
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