{"id":3019,"date":"2020-05-01T05:43:17","date_gmt":"2020-05-01T05:43:17","guid":{"rendered":"http:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=3019"},"modified":"2020-05-01T05:43:29","modified_gmt":"2020-05-01T05:43:29","slug":"spitzer-revela-o-timing-preciso-de-uma-danca-de-dois-buracos-negros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2020\/05\/01\/spitzer-revela-o-timing-preciso-de-uma-danca-de-dois-buracos-negros\/","title":{"rendered":"Spitzer revela o “timing” preciso de uma dan\u00e7a de dois buracos negros"},"content":{"rendered":"\n
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Esta imagem mostra dois buracos negros massivos na gal\u00e1xia OJ 287. O buraco negro mais pequeno orbita o maior, que tamb\u00e9m est\u00e1 rodeado por um disco de g\u00e1s. Quando o buraco negro mais pequeno atravessa o disco, produz um clar\u00e3o mais brilhante do que um bili\u00e3o de estrelas.
Cr\u00e9dito: NASA\/JPL-Caltech<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Os buracos negros n\u00e3o s\u00e3o estacion\u00e1rios no espa\u00e7o; de facto, podem ser bastante ativos no que toca aos seus movimentos. Mas como s\u00e3o completamente escuros e n\u00e3o podem ser observados diretamente, n\u00e3o s\u00e3o f\u00e1ceis de estudar. Os cientistas finalmente descobriram o movimento exato de uma dan\u00e7a complicada entre dois buracos negros enormes, revelando detalhes ocultos sobre as caracter\u00edsticas f\u00edsicas destes misteriosos objetos.<\/p>\n\n\n\n

A gal\u00e1xia OJ 287 abriga um dos maiores buracos negros j\u00e1 encontrados, com mais de 18 mil milh\u00f5es de vezes a massa do nosso Sol. Em \u00f3rbita deste gigante est\u00e1 outro buraco negro com cerca de 150 milh\u00f5es de massas solares. Duas vezes a cada 12 anos, o buraco negro mais pequeno atinge o enorme disco de g\u00e1s que rodeia o seu companheiro maior, criando um “flash” de luz mais brilhante do que um bili\u00e3o de estrelas – ainda mais brilhante do que toda a Via L\u00e1ctea. A luz demora 3,5 mil milh\u00f5es de anos para chegar \u00e0 Terra.<\/p>\n\n\n\n

Mas a \u00f3rbita do buraco negro mais pequeno \u00e9 oblonga, n\u00e3o \u00e9 circular, e \u00e9 irregular: muda de posi\u00e7\u00e3o a cada transla\u00e7\u00e3o em torno do buraco negro maior e est\u00e1 inclinada em rela\u00e7\u00e3o ao disco de g\u00e1s. Quando o buraco negro mais pequeno atravessa o disco, cria duas bolhas de g\u00e1s quente em expans\u00e3o que se afastam em dire\u00e7\u00f5es opostas e, em menos de 48 horas, o sistema parece quadruplicar em brilho.<\/p>\n\n\n\n

Por causa da \u00f3rbita irregular, o buraco negro colide com o disco a diferentes alturas de cada \u00f3rbita de 12 anos. \u00c0s vezes, os surtos de brilho surgem com apenas um ano de diferen\u00e7a; outras vezes, com at\u00e9 10 anos de diferen\u00e7a. As tentativas de modelar a \u00f3rbita e prever estas explos\u00f5es de brilho levaram d\u00e9cadas, mas, em 2010, os cientistas criaram um modelo que podia prever a sua ocorr\u00eancia com um grau de incerteza de uma a tr\u00eas semanas. Demonstraram que o seu modelo estava correto prevendo o aparecimento de um surto em dezembro de 2015 com um grau de incerteza t\u00e3o pequeno quanto tr\u00eas semanas.<\/p>\n\n\n\n

Em 2018, um grupo de cientistas liderados por Lankeswar Dey, estudante do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Mumbai, \u00cdndia, publicaram um artigo com um modelo ainda mais detalhado que afirmam ser capaz de prever o momento de futuros surtos at\u00e9 4 horas. Num novo estudo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters, esses cientistas relataram que a sua previs\u00e3o, com precis\u00e3o, de um surto que ocorreu no dia 31 de julho de 2019 confirma que o modelo est\u00e1 correto.<\/p>\n\n\n\n

A observa\u00e7\u00e3o desse surto quase que n\u00e3o aconteceu. Dado que OJ 287 estava perto do Sol, a partir da perspetiva da Terra, fora da vista de todos os telesc\u00f3pios no solo e em \u00f3rbita da Terra, o buraco negro s\u00f3 voltaria a ser visto por esses telesc\u00f3pios no in\u00edcio de setembro, muito depois do clar\u00e3o. Mas o sistema estava \u00e0 vista do Telesc\u00f3pio Espacial Spitzer da NASA, que a ag\u00eancia reformou em janeiro de 2020.<\/p>\n\n\n\n

Ap\u00f3s 16 anos de opera\u00e7\u00f5es, a sua \u00f3rbita colocou o telesc\u00f3pio a 254 milh\u00f5es de quil\u00f3metros da Terra, ou mais de 600 vezes a dist\u00e2ncia Terra-Lua. A partir deste ponto de vista, o Spitzer p\u00f4de observar o sistema de 31 de julho (o mesmo dia que o surto estava previsto ocorrer) at\u00e9 ao in\u00edcio de setembro, quando OJ 287 se tornaria observ\u00e1vel aos telesc\u00f3pios da Terra.<\/p>\n\n\n\n

“Quando verifiquei pela primeira vez a visibilidade de OJ 287, fiquei chocado ao descobrir que ficou vis\u00edvel ao Spitzer no dia em que se previa a pr\u00f3xima explos\u00e3o de brilho,” disse Seppo Laine, cientista associado do Caltech\/IPAC em Pasadena, no estado norte-americano da Calif\u00f3rnia, que supervisionou as observa\u00e7\u00f5es do sistema pelo Spitzer. “Tivemos muita sorte em poder capturar o pico deste surto com o Spitzer, porque nenhum outro instrumento feito por humanos era capaz de alcan\u00e7ar este feito naquele momento espec\u00edfico.”<\/p>\n\n\n\n

Ondula\u00e7\u00f5es no espa\u00e7o<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Os cientistas modelam regularmente as \u00f3rbitas de objetos pequenos no nosso Sistema Solar, como um cometa que gira em torno do Sol, levando em considera\u00e7\u00e3o os factores que mais influenciam significativamente os seus movimentos. Para esse cometa, a gravidade do Sol \u00e9 geralmente a for\u00e7a dominante, mas a for\u00e7a gravitacional dos planetas pr\u00f3ximos tamb\u00e9m pode mudar o seu percurso.<\/p>\n\n\n\n

A determina\u00e7\u00e3o do movimento de buracos negros enormes \u00e9 muito mais complexa. Os cientistas t\u00eam que ter em conta factores que podem n\u00e3o impactar visivelmente objetos mais pequenos; o factor principal \u00e9 algo a que chamamos ondas gravitacionais. A teoria da relatividade geral de Einstein descreve a gravidade como a distor\u00e7\u00e3o do espa\u00e7o devido \u00e0 massa de um objeto. Quando um objeto se move pelo espa\u00e7o, estas distor\u00e7\u00f5es transformam-se em ondas. Einstein previu a exist\u00eancia de ondas gravitacionais em 1916, mas s\u00f3 foram observadas diretamente em 2015 pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory).<\/p>\n\n\n\n

Quanto maior a massa de um objeto, maiores e mais energ\u00e9ticas as ondas gravitacionais que cria. No sistema OJ 287, os cientistas esperam que as ondas gravitacionais sejam t\u00e3o grandes que transportem energia suficiente para fora do sistema e alterem de forma mensur\u00e1vel a \u00f3rbita do buraco negro mais pequeno – e, portanto, o momento das explos\u00f5es de brilho.<\/p>\n\n\n\n

Embora estudos anteriores de OJ 287 tenham tido em conta as ondas gravitacionais, o modelo de 2018 \u00e9 o mais detalhado at\u00e9 agora. Ao incorporar as informa\u00e7\u00f5es recolhidas das dete\u00e7\u00f5es de ondas gravitacionais pelo LIGO, refina a janela temporal na qual se espera a ocorr\u00eancia de um surto at\u00e9 apenas dia e meio.<\/p>\n\n\n\n

Para refinar ainda mais a previs\u00e3o dos surtos at\u00e9 um grau de incerteza de 4 horas, os cientistas analisaram detalhes sobre as caracter\u00edsticas f\u00edsicas do buraco negro maior. Especificamente, o novo modelo incorpora algo chamado teorema “sem cabelo” dos buracos negros.<\/p>\n\n\n\n

Publicado na d\u00e9cada de 1960 por um grupo de f\u00edsicos que inclu\u00eda Stephen Hawking, o teorema faz uma previs\u00e3o sobre a natureza das “superf\u00edcies” dos buracos negros. Embora os buracos negros n\u00e3o tenham superf\u00edcies verdadeiras, os cientistas sabem que h\u00e1 um limite em seu redor al\u00e9m do qual nada – nem mesmo a luz – pode escapar. Algumas ideias postulam que a orla externa, chamada horizonte de eventos, pode ser irregular, mas o teorema sem cabelo postula que a “superf\u00edcie” n\u00e3o possui essas caracter\u00edsticas, nem mesmo cabelo (o nome do teorema \u00e9 uma piada).<\/p>\n\n\n\n

Por outras palavras, se algu\u00e9m cortasse o buraco negro ao meio ao longo do seu eixo de rota\u00e7\u00e3o, a superf\u00edcie seria sim\u00e9trica (o eixo de rota\u00e7\u00e3o da Terra est\u00e1 quase perfeitamente alinhado com os polos norte e sul. Se cort\u00e1ssemos o planeta pela metade, ao longo desse eixo, e compar\u00e1ssemos as duas partes, descobrir\u00edamos que o nosso planeta \u00e9 basicamente sim\u00e9trico, embora caracter\u00edsticas como oceanos e montanhas criem algumas pequenas varia\u00e7\u00f5es entre as metades).<\/p>\n\n\n\n

Encontrando Simetria<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Na d\u00e9cada de 1970, o professor em\u00e9rito Kip Thorne, de Caltech, descreveu como este cen\u00e1rio – um sat\u00e9lite que orbita um buraco negro massivo – podia potencialmente revelar se a superf\u00edcie do buraco negro era macia ou irregular. Ao antecipar corretamente a \u00f3rbita do buraco negro menor com tanta precis\u00e3o, o novo modelo suporta o teorema sem cabelo, o que significa que a nossa compreens\u00e3o b\u00e1sica destes objetos c\u00f3smicos incrivelmente estranhos est\u00e1 correta. O sistema OJ 287, por outras palavras, suporta a ideia de que as superf\u00edcies dos buracos negros s\u00e3o sim\u00e9tricas ao longo dos seus eixos de rota\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

Ent\u00e3o, como \u00e9 que a suavidade da superf\u00edcie do buraco negro massivo impacta o “timing” da \u00f3rbita do buraco negro mais pequeno? Essa \u00f3rbita \u00e9 determinada principalmente pela massa do buraco negro maior. Se crescesse mais ou perdesse um pouco da sua massa, isso mudaria o tamanho da \u00f3rbita do buraco negro mais pequeno. Mas a distribui\u00e7\u00e3o da massa tamb\u00e9m importa. Uma protuber\u00e2ncia massiva de um lado do buraco negro maior distorceria o espa\u00e7o em seu redor de maneira diferente do que se o buraco negro fosse sim\u00e9trico. Isso alteraria o percurso do buraco negro mais pequeno \u00e0 medida que orbita o seu companheiro e mudaria de maneira mensur\u00e1vel o tempo da colis\u00e3o do buraco negro com o disco nessa \u00f3rbita em particular.<\/p>\n\n\n\n

“\u00c9 importante, para os cientistas dos buracos negros, que provemos ou refutemos o teorema sem cabelo. Sem ele, n\u00e3o podemos confiar que os buracos negros imaginados por Hawking e outros existam,” disse Mauri Valtonen, astrof\u00edsico da Universidade de Turku na Finl\u00e2ndia e coautor do artigo.<\/p>\n\n\n\n

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