Dois observatórios de raios X, o Nuclear
Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) da NASA e o SMM-Newton da ESA,
mediram de forma definitiva, pela primeira vez, a taxa de rotação de um
buraco negro com uma massa equivalente a 2 milhões de vezes a do Sol.
© JPL (ilustração de um buraco negro)
© SSRO (galáxia NGC 1365)
A
descoberta resolve um debate de longa data na astronomia sobre medidas
similares feitas em outros buracos negros e levarão a entender melhor
como eles e as galáxias se desenvolvem.
“Isso é
muito importante para o campo da ciência dos buracos negros”, disse Lou
Kaluzienski, um cientista do programa NuSTAR na sede da NASA em
Washington.
As observações também funcionam como
um poderoso teste para a teoria da relatividade geral de Einstein, que
diz que a gravidade pode curvar o espaço-tempo, a fábrica que forma o
nosso Universo, e a luz que viaja através dela.
“Nós
podemos traçar a matéria à medida que colapsa em rotação na direção do
buraco negro, usando os raios X emitidos das regiões muito próximas do
objeto”, disse a coautora do novo estudo, Fiona Harrison, pesquisadora
principal do NuSTAR e sediada no Instituto de Tecnologia da Califórnia
em Pasadena. “A radiação que nós observamos é dobrada e distorcida pelos
movimentos das partículas e pela extrema gravidade do buraco negro”.
O
NuSTAR, da missão Explorer, lançada em Junho de 2012, foi desenhado
para detectar os raios X de mais alta energia e em grande detalhe. Ele
complementa telescópios que observam raios X de baixa energia como o
XMM-Newton e como o observatório de raios X Chandra, da NASA. Os
cientistas usam esses e outros telescópios para estimar a taxa com a
qual os buracos negros executam o seu movimento de rotação.
Até
agora, essas medidas não eram certas pois as nuvens de gás podiam
obscurecer os buracos negros confundindo os resultados. Com a ajuda do
XMM-Newton, o NuSTAR foi capaz de ver um intervalo muito maior de
energias de raios X e penetrar profundamente na região localizada ao
redor do buraco negro. Os novos dados demonstram que os raios X não
estão sendo dobrados pelas nuvens, mas sim pela tremenda gravidade do
buraco negro. Isso prova que a taxa de rotação dos buracos negros
supermassivos pode ser determinada de forma conclusiva.
© JPL (setor do espectro eletromagnético do XMM-Newton e NuSTAR)
“Se
eu pudesse adicionar um instrumento ao XMM-Newton, esse instrumento
seria um telescópio como o NuSTAR”, disse Norbert Schartel, cientista de
Projeto do XMM-Newton do Centro da Agência Espacial Europeia em Madrid.
“Os raios X de alta energia fornecem uma peça essencial para resolver
esse problema”.
Medir a rotação de um buraco
negro supermassivo é fundamental para entender sua história passada e da
sua galáxia hospedeira também.
“Esses monstros,
com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, são formados
como pequenas sementes no início do Universo e crescem engolindo
estrelas e gás de suas galáxias hospedeiras, fundindo-se com outros
buracos negros gigantes quando as galáxias colidem, ou ambos”, disse o
autor principal do estudo Guido Risaliti do Harvard-Smithsonian Center
for Astrophysics em Cambridge, Mass., e do Italian National Institute
for Astrophysics.
Os buracos negros
supermassivos são envoltos por discos de acreção, formados à medida que a
sua gravidade puxa matéria para o seu interior. A teoria de Einstein
prevê que quanto mais rápido um buraco negro gira, mais próximo do
buraco negro o disco de acreção se localiza, e a gravidade do buraco
negro irá dobrar o jato de luz de raio X que expeliu do disco.
Os
astrônomos procuram por esses efeitos de dobras para analisar os raios X
emitidos pelo ferro circulando no disco de acreção. Nesse novo estudo,
eles usaram tanto o XMM-Newton, como o NuSTAR de forma simultânea para
observar o buraco negro na NGC 1365. Enquanto que o XMM-Newton revelou
que a luz do ferro estava sendo dobrada, o NuSTAR provou que essa
distorção era proveniente da gravidade do buraco negro e não das nuvens
de gás na sua vizinhança. Os dados do NuSTAR sobre os raios X de alta
energia mostraram que o ferro estava tão perto do buraco negro que a
gravidade deveria causar esse efeito de dobra.
Com
a possibilidade do obscurecimento das nuvens descartado, os cientistas
podem agora usar as distorções na assinatura do ferro para medir a taxa
de rotação do buraco negro. As descobertas podem ser aplicadas a alguns
outros buracos negros, removendo assim as incertezas nas medidas
anteriores da taxa de rotação dos mesmos.
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