Ilustração sobre um fluxo de acreção interior e um jato de um buraco negro supermassivo quando está se alimentando, por exemplo, de uma estrela que recentemente foi rasgada em pedaços.
Sinais sugerem que o buraco negro emite um jato de energia proporcional ao material estelar que engole
Em novembro de 2014, uma rede global de telescópios captou sinais vindos de 300 milhões de anos-luz que foram criados por um evento de disrupção de maré - uma explosão de energia eletromagnética que ocorre quando um buraco negro destrói uma estrela. Desde a descoberta, os astrônomos usaram outros telescópios para aprender mais sobre como os buracos negros devoram a matéria e regulam o crescimento das galáxias.
Agora, cientistas do MIT e da Universidade Johns Hopkins detectaram sinais de rádio desse evento que equivalem às emissões de raio-X produzidas pela mesma explosão 13 dias antes. Eles acreditam que esses “ecos” de rádio, que são mais de 90% similares às emissões de raio-X, são mais do que uma coincidência. Na verdade, parecem ser uma evidência de um grande jato de partículas altamente energéticas sendo jogadas para fora do buraco negro enquanto o material estelar está sendo engolido.
Dheraaj Pasham, um pós-doutorando no Instituto de Pesquisa Astrofísica e Espacial Kavli, do MIT, diz que padrões altamente similares sugerem que a potência do jato arremessado para fora do buraco negro é, de alguma forma, controlada pela taxa a qual o buraco negro se alimenta da estrela destruída.
“Isso nos mostra que a quantidade de matéria que um buraco negro pode engolir é controlada pela força do jato que produz”, diz Pasham. “Um buraco negro bem alimentado produz um jato forte, enquanto um buraco negro “desnutrido” produz um jato fraco ou nenhum jato. Essa é a primeira vez que vimos um jato controlado por um buraco negro supermassivo se alimentando".
Pasham diz que os cientistas suspeitam que os jatos dos buracos negros são alimentados por sua taxa de acreção, mas nunca conseguiram observar essa relação a partir de um evento isolado.
“Isso só pode ser comprovado nesses eventos especiais, onde um buraco negro está parado e de repente uma estrela se aproxima, dando a ele combustivel para se alimentar”, diz Pasham. “Essa é a oportunidade ideal para se estudar o evento desde o começo."
Pasham e seu colaborador, Sjoert van Velzen, da Universidade Johns Hopkins, relataram seus resultados em um artigo publicado essa semana no Astrophysical Journal.
A ser debatido
Baseando-se em modelos teóricos da evolução de um buraco negro, combinados com observações de galáxias distantes, os cientistas têm um entendimento geral do que acontece durante um evento de disrupção de maré. Quando uma estrela passa próximo a um buraco negro, a atração gravitacional dele gera forças de maré na estrela, similares à forma como a Lua causa marés terrestres
No entanto, as forças gravitacionais são tão imensas que podem quebrar a estrela, alongando-a e achatando-a como uma panqueca, e eventualmente triturando-a em pedaços. Como consequência, chovem detritos estelares que são apanhados por um disco de acreção - um redemoinho de material cósmico que eventualmente se afunila, e alimenta o buraco negro.
Todo o processo gera explosões colossais de energia por todo o espectro eletromagnético. Cientistas observaram essas explosões nas bandas de raio-X, ótica e de ultravioleta, e ocasionalmente na extremidade de rádio do espectro. Acredita-se que a fonte da emissão em raio-X seja um material extremamente quente nas regiões profundas do disco de acreção, que está bem perto de ser sugado pelo buraco negro. As emissões óticas e em ultravioleta surgiriam de um material no disco que está mais distante, e que eventualmente será puxado pelo buraco negro.
No entanto, ainda se debate o que aumenta as emissões de rádio durante um evento de disrupção de Maré.
"Nós sabemos que as ondas de rádio provêm de elétrons muito energéticos que se movem em um campo magnético - esse é um processo bem estabelecido”, diz Pasham. “O debate tem sido então sobre de onde esses elétrons super energéticos estão vindo.”
Alguns cientistas propõem que, nos momentos anteriores à explosão estelar, uma onda de choque se propaga para fora e energiza as partículas do plasma envolvidas no meio, em um processo que por sua vez emite ondas de rádio. Nesse cenário, o padrão de ondas de rádio emitidas poderia parecer radicalmente diferente do padrão de raios-X produzidos por detritos estelares sendo sugados.
“O que descobrimos basicamente desafia esse paradigma”, diz Pasham.
Um padrão de mudança
Pasham e van Velzen procuraram dados gravados de um evento de disrupção de maré descoberto em 2014 pela rede de telescópio global ASSASSN (sigla que em português significa Pesquisa Automática de Supernovas por Todo o Céu). Após a descoberta inicial, múltiplos telescópios eletromagnéticos focaram no evento, e astrônomos inventaram o ASASSN-14ii. Pashan e van Velzen examinaram dados de rádio sobre o evento obtidos de três telescópios por 180 dias.
Os pesquisadores procuraram dados de rádio processados e descobriram claras semelhanças em padrões que tinham observado anteriormente em dados de raio-X do mesmo evento. Quando compararam os dados de rádio aos dados de raio-X, e os transformaram para comparar suas similaridades, eles descobriram que o conjunto de dados era mais similar, com 90% de semelhança, quando deslocado 13 dias depois na banda de rádio.
“A única forma que essa ligação pode acontecer é se há um processo físico que de alguma forma conecta o raio-X produzindo um fluxo de acreção com a região que produz a rádio”, diz Pasham.
A partir desse mesmo dado, Pasham e van Velzen calcularam que o tamanho da região que emite raio-X é 25 vezes o tamanho do Sol, enquanto a região de emissão de rádio é 400.000 vezes o raio do Sol.
“Esse acontecimento não é coincidência”, diz Pasham. “Claramente há uma conexão entre a pequena região que produz raio-X, e a grande região que produz ondas de rádio”.
A equipe propõe que as ondas de rádio foram produzidas por um jato de partículas de alta energia que saíram do buraco negro pouco antes de ele começar a absorver material da estrela que explodiu. Como a região do jato onde essas ondas de rádio se formaram era incrivelmente densa (tinha alta densidade de elétrons), a maioria das ondas de rádio era imediatamente absorvidas por outros elétrons.
Foi só quando os elétrons avançaram pelo meio do jato, que as ondas de rádio puderam escapar, produzindo um sinal que os pesquisadores eventualmente detectaram. Portanto, eles dizem, a força do jato deve ser controlada pela taxa de acreção, ou a velocidade na qual o buraco negro está consumindo detritos estelares que emitem raio-X. Por fim, o resultado pode ajudar cientistas a caracterizar melhor a física do comportamento do jato - um ingrediente essencial para modelar a evolução das galáxias. Acredita-se que as galáxias crescem produzindo novas estrelas, um processo que requer temperaturas muito baixas. Quando um buraco negro emite um jato de partículas, ele essencialmente aquece a galáxia ao redor, parando temporariamente a produção de estrelas. Pasham diz que as ideias da equipe sobre a produção dos jatos e acreção de buracos negros podem ajudar a simplificar modelos da evolução da galáxia.
“Se a taxa a qual o buraco negro se alimenta é proporcional à taxa pela qual ele emite energia, e se isso realmente ocorre com todos os buracos negros, essa é uma receita simples que pode ser usada em simulações da evolução das galáxias”, diz Pasham. “Isso nos dá pistas para um cenário muito mais amplo.”
Instituto de Tecnologia de Massachusetts
FONTE: SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL
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