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PRIMEIRA DETEÇÃO DE LUZ POR TRÁS DE UM BURACO NEGRO
30 de julho de 2021

 


Investigadores observaram clarões brilhantes de raios-X, produzidos à medida que gás cai num buraco negro supermassivo. Os surtos ecoam de gás que cai no buraco negro e, à medida que diminuem, foram vistos flashes curtos e mais fracos - correspondendo ao reflexo dos clarões do outro lado do disco, dobrado em torno do buraco negro pelo seu forte campo gravitacional.
Crédito: Dan Wilkins

 

Observando raios-X lançados para o Universo por buracos negros supermassivos no centro de uma galáxia a 800 milhões de anos-luz de distância, o astrofísico Dan Wilkins, da Universidade de Stanford, percebeu um padrão intrigante. Ele observou uma série de clarões de raios-X - empolgantes, mas não sem precedentes - e então os telescópios registaram algo inesperado: flashes adicionais de raios-X que eram mais pequenos, posteriores e de "cores" diferentes dos surtos brilhantes.

Segundo a teoria, estes ecos luminosos eram consistentes com os raios-X refletidos por trás do buraco negro - mas até mesmo uma compreensão básica dos buracos negros nos diz que este é um lugar estranho para a luz daí surgir.

"Qualquer luz que entra naquele buraco negro não sai, de modo que não devemos ser capazes de ver nada que esteja por trás do buraco negro," disse Wilkins, que é investigador no Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia em Stanford e no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC. É outra característica estranha do buraco negro, no entanto, que torna esta observação possível. "A razão pela qual podemos ver isto é porque aquele buraco negro está a distorcer o espaço, curvando a luz e torcendo os campos magnéticos em torno deles próprios," explicou Wilkins.

A estranha descoberta, detalhada num artigo publicado dia 28 de julho na revista Nature, é a primeira observação direta da luz por trás de um buraco negro - um cenário que foi previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, mas nunca confirmado, até agora.

"Há cinquenta anos, quando os astrofísicos começaram a especular sobre como o campo magnético poderia comportar-se perto de um buraco negro, não tinham ideia de que um dia poderíamos ter as técnicas para observar isto diretamente e ver a teoria da relatividade geral de Einstein em ação," disse Roger Blandford, coautor do artigo, professor de física na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e professor de física de partículas e astrofísica no SLAC.

Como ver um buraco negro

A motivação original por trás desta investigação era a de aprender mais sobre uma característica misteriosa de certos buracos negros chamada coroa. O material que cai num buraco negro supermassivo alimenta as fontes de luz contínuas mais brilhantes do Universo e, ao fazê-lo, forma uma coroa em torno do buraco negro. Esta luz - raios-X - pode ser analisada para mapear e caracterizar um buraco negro.

A principal teoria do que é uma coroa começa com o gás a deslizar para o buraco negro, onde é superaquecido a milhões de graus. A essa temperatura, os eletrões separam-se dos átomos, criando um plasma magnetizado. Preso na poderosa rotação do buraco negro, o campo magnético arqueia-se tão alto acima do buraco negro, e gira tanto sobre si próprio, que eventualmente quebra-se completamente - uma situação tão reminiscente do que acontece em redor do nosso próprio Sol que tomou emprestado o nome "coroa".

"Este campo magnético, sendo amarrado e então quebrado perto do buraco negro, aquece tudo ao seu redor e produz estes eletrões altamente energéticos que passam a produzir raios-X," explicou Wilkins.

À medida que Wilkins investigava mais detalhadamente a origem dos clarões, viu uma série de flashes mais pequenos. Estes, determinaram os investigadores, são os mesmos raios-X, mas refletidos da parte de trás do disco - um primeiro vislumbre do outro lado de um buraco negro.

"Há alguns anos que construo previsões teóricas de como estes ecos deviam aparecer," disse Wilkins. "Já os tinha visto na teoria que venho desenvolvendo, de modo que assim que os vi nas observações do telescópio, pude descobrir a ligação."

Observações futuras

A missão de caracterizar e compreender as coroas continua e vai exigir mais observações. Parte desse futuro será o observatório de raios-X Athena (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics) da ESA. Como membro do laboratório de Steve Allen, professor de física em Stanford e de física de partículas e astrofísica no SLAC, Wilkins está a ajudar a desenvolver parte do detetor WFI (Wide Field Imager) para o Athena.

"Tem um espelho muito maior do que alguma vez tivemos num telescópio de raios-X e permitirá obter imagens de maior resolução em tempos de observação muito mais curtos," acrescentou Wilkins. "Portanto, a imagem que estamos a começar a obter a partir dos dados atuais ficará muito mais clara com estes novos observatórios."

 


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Diagrama dos ecos oriundos da parte de trás de um buraco negro.
Crédito: ESA


// Universidade de Stanford (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// MIT (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)

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