{"id":4899,"date":"2022-03-01T07:34:39","date_gmt":"2022-03-01T06:34:39","guid":{"rendered":"http:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=4899"},"modified":"2022-03-01T07:34:40","modified_gmt":"2022-03-01T06:34:40","slug":"buracos-negros-colossais-dancam-no-coracao-de-uma-galaxia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2022\/03\/01\/buracos-negros-colossais-dancam-no-coracao-de-uma-galaxia\/","title":{"rendered":"Buracos negros colossais “dan\u00e7am” no cora\u00e7\u00e3o de uma gal\u00e1xia"},"content":{"rendered":"\n

Trancados numa \u00e9pica valsa c\u00f3smica a 9 mil milh\u00f5es de anos-luz de dist\u00e2ncia, dois buracos negros supermassivos parecem orbitar um em torno do outro a cada dois anos. Os dois corpos gigantes t\u00eam cada um massas que s\u00e3o centenas de milh\u00f5es de vezes maiores que a do nosso Sol e os objetos est\u00e3o separados por uma dist\u00e2ncia mais ou menos 50 vezes superior \u00e0 que separa o nosso Sol e Plut\u00e3o. Quando o par se fundir daqui a cerca de 10.000 anos, espera-se que a colis\u00e3o tit\u00e2nica abane o pr\u00f3prio espa\u00e7o e tempo, enviando ondas gravitacionais atrav\u00e9s do Universo.<\/p>\n\n\n\n

Uma equipa de astr\u00f3nomos liderada pelo Caltech descobriu evid\u00eancias de que este cen\u00e1rio tem lugar dentro de um objeto ferozmente energ\u00e9tico conhecido como um quasar. Os quasares s\u00e3o n\u00facleos ativos de gal\u00e1xias, nos quais um buraco negro supermassivo est\u00e1 a desviar material de um disco que o rodeia. Em alguns quasares, o buraco negro supermassivo cria um jato que \u00e9 disparado a uma velocidade pr\u00f3xima da velocidade da luz. O quasar observado no novo estudo, PKS 2131-021, pertence a uma subclasse de quasares chamada blazares, no qual o jato aponta para a Terra. Os astr\u00f3nomos j\u00e1 sabiam que os quasares poderiam possuir dois buracos negros em \u00f3rbita, mas encontrar evid\u00eancias diretas para tal tem-se revelado dif\u00edcil.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Nesta ilustra\u00e7\u00e3o, a luz de um buraco negro mais pequeno (\u00e0 esquerda) \u00e9 curvada em torno de um buraco negro maior e forma uma imagem quase espelhada do outro lado. A gravidade de um buraco negro pode empenar o tecido do pr\u00f3prio espa\u00e7o, de tal forma que a luz que passa perto do buraco negro seguir\u00e1 um caminho curvo \u00e0 sua volta.
Cr\u00e9dito: Caltech-IPAC<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Reportando na revista The Astrophysical Journal Letters, os investigadores argumentam que PKS 2131-021 \u00e9 agora o segundo candidato conhecido de um par de buracos negros supermassivos apanhados no ato de fus\u00e3o. O primeiro par candidato, dentro de um quasar chamado OJ 287, orbita-se um ao outro a dist\u00e2ncias maiores, circulando a cada nove anos vs. os dois anos necess\u00e1rios para que o par PKS 2131-021 complete uma \u00f3rbita.<\/p>\n\n\n\n

As provas reveladoras vieram das observa\u00e7\u00f5es r\u00e1dio de PKS 2131-021 que se estendem por 45 anos. De acordo com o estudo, um jato potente que emana de um dos dois buracos negros dentro de PKS 2131-021 est\u00e1 a deslocar-se para tr\u00e1s e para a frente devido ao movimento orbital do par. Isto causa altera\u00e7\u00f5es peri\u00f3dicas no brilho r\u00e1dio do quasar. Estas oscila\u00e7\u00f5es foram registadas por cinco observat\u00f3rios diferentes, incluindo o OVRO (Owens Valley Radio Observatory) do Caltech, o UMRAO (University of Michigan Radio Astronomy Observatory) o Observat\u00f3rio Haystack do MIT, o NRAO (National Radio Astronomy Observatory), o Radiobservat\u00f3rio Mets\u00e4hovi na Finl\u00e2ndia e o telesc\u00f3pio espacial WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA.<\/p>\n\n\n\n

A combina\u00e7\u00e3o dos dados de r\u00e1dio produz uma curva sinusoidal quase perfeita, ao contr\u00e1rio de qualquer coisa observada anteriormente a partir de quasares.<\/p>\n\n\n\n

“Quando nos apercebemos que os ‘altos e baixos’ da curva de luz detetada em tempos recentes correspondia aos ‘altos e baixos’ observados entre 1975 e 1983, sab\u00edamos que algo muito especial estava a acontecer,” diz Sandra O’Neill, autora principal do novo estudo e aluna do Caltech que \u00e9 orientada por Tony Readhead, professor de astronomia, em\u00e9rito.<\/p>\n\n\n\n

Ondula\u00e7\u00f5es no Espa\u00e7o e no Tempo<\/strong><\/p>\n\n\n\n

A maioria, se n\u00e3o todas, as gal\u00e1xias possuem buracos negros monstruosos nos seus n\u00facleos, incluindo a nossa pr\u00f3pria Gal\u00e1xia Via L\u00e1ctea. Quando as gal\u00e1xias se fundem, os seus buracos negros “afundam-se” para o meio da gal\u00e1xia rec\u00e9m-formada e acabam por se juntar para formar um buraco negro ainda mais massivo. \u00c0 medida que os buracos negros espiralam um em dire\u00e7\u00e3o ao outro, perturbam cada vez mais o tecido do espa\u00e7o e do tempo, enviando ondas gravitacionais , que foram previstas pela primeira vez por Albert Einstein h\u00e1 mais de 100 anos.<\/p>\n\n\n\n

O LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da NSF (National Science Foundation), que \u00e9 gerido conjuntamente pelo Caltech e pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), deteta ondas gravitacionais de pares de buracos negros com at\u00e9 d\u00fazias de vezes a massa do nosso Sol. No entanto, os buracos negros supermassivos nos centros das gal\u00e1xias t\u00eam milh\u00f5es ou milhares de milh\u00f5es de vezes mais massa do que o nosso Sol, e emitem frequ\u00eancias de ondas gravitacionais mais baixas do que as detetadas pelo LIGO.<\/p>\n\n\n\n

No futuro, os PTAs (pulsar timing arrays) – que consistem de um conjunto de estrelas mortas pulsantes monitorizadas com precis\u00e3o por radiotelesc\u00f3pios – dever\u00e3o ser capazes de detetar as ondas gravitacionais de buracos negros supermassivos (a miss\u00e3o LISA, ou Laser Interferometer Space Antenna, dever\u00e1 detetar a fus\u00e3o de buracos negros cujas massas s\u00e3o 1000 a 10 milh\u00f5es de vezes a massa do nosso Sol). At\u00e9 agora, n\u00e3o foram registadas ondas gravitacionais de nenhuma destas fontes mais massivas, mas PKS 2131-021 fornece o alvo mais promissor at\u00e9 agora.<\/p>\n\n\n\n

Entretanto, as ondas de luz s\u00e3o a melhor op\u00e7\u00e3o para detetar buracos negros supermassivos coalescentes.<\/p>\n\n\n\n

O primeiro destes candidatos, OJ 287, tamb\u00e9m exibe varia\u00e7\u00f5es peri\u00f3dicas no r\u00e1dio. Estas flutua\u00e7\u00f5es s\u00e3o mais irregulares e n\u00e3o sinusoidais, mas sugerem que os buracos negros se orbitam um ao outro a cada nove anos. Os buracos negros dentro do novo quasar, PKS 2131-021, orbitam-se um ao outro de dois em dois anos e est\u00e3o separados por 2000 unidades astron\u00f3micas, cerca de 50 vezes a dist\u00e2ncia entre o Sol e Plut\u00e3o, ou 10 a 100 vezes mais perto do que o par OJ 287 (uma unidade astron\u00f3mica \u00e9 a dist\u00e2ncia entre a Terra e o Sol).<\/p>\n\n\n\n

\"\"\/<\/a>
Dois buracos negros supermassivos s\u00e3o vistos em \u00f3rbita um do outro nesta anima\u00e7\u00e3o. O buraco negro mais massivo, com centenas de milh\u00f5es de vezes a massa do nosso Sol, est\u00e1 a disparar um jato que muda de brilho aparente \u00e0 medida que o par circula em torno do outro. Os astr\u00f3nomos encontraram evid\u00eancias para este cen\u00e1rio num quasar chamado PKS 2131-021, ap\u00f3s uma an\u00e1lise de 45 anos de observa\u00e7\u00f5es r\u00e1dio que mostram o sistema periodicamente a escurecer e a ganhar brilho. Pensa-se que o padr\u00e3o c\u00edclico observado seja provocado pelo movimento orbital do jato.
Cr\u00e9dito: Caltech\/R. Hurt (IPAC)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Revelando a Curva de Luz com 45 Anos<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Readhead diz que as descobertas se desdobraram como um “bom romance policial”, com in\u00edcio em 2008 quando ele e colegas come\u00e7aram a usar o telesc\u00f3pio de 40 metros no OVRO para estudar como os buracos negros convertem material de que se “alimentam” em jatos relativistas, ou jatos que viajam a velocidades at\u00e9 99,98% da velocidade da luz. Tinham estado a monitorizar o brilho de mais de 1000 blazares para este fim quando, em 2020, notaram um caso \u00fanico.<\/p>\n\n\n\n

“PKS 2131 variava n\u00e3o s\u00f3 periodicamente, mas sinusoidalmente,” diz Readhead. “Isso significa que existe um padr\u00e3o que podemos seguir continuamente ao longo do tempo.” A quest\u00e3o, diz ele, tornou-se ent\u00e3o: h\u00e1 quanto tempo \u00e9 que este padr\u00e3o de ondas sinusoidais est\u00e1 a ocorrer?<\/p>\n\n\n\n

A equipa de investiga\u00e7\u00e3o analisou ent\u00e3o os dados r\u00e1dio arquivados para procurar picos passados nas curvas de luz que correspondiam a previs\u00f5es baseadas nas mais recentes observa\u00e7\u00f5es OVRO. Primeiro, os dados do VLBA (Very Long Baseline Array) do NRAO e do UMRAO revelaram um pico de 2005 que coincidia com as previs\u00f5es. Os dados UMRAO revelaram ainda que n\u00e3o houve qualquer sinal sinusoidal durante 20 anos antes desse per\u00edodo – at\u00e9 1981, quando foi observado outro pico previsto.<\/p>\n\n\n\n

“A hist\u00f3ria teria parado a\u00ed, pois n\u00e3o nos apercebemos de que havia dados sobre este objeto anteriores a 1980,” diz Readhead. “Mas ent\u00e3o Sandra pegou neste projeto em junho de 2021. Se n\u00e3o fosse ela, esta bela descoberta estaria na prateleira.”<\/p>\n\n\n\n

O’Neill come\u00e7ou a trabalhar com Readhead e com o segundo autor do estudo, Sebastian Kiehlmann, p\u00f3s-doutorado na Universidade de Creta e ex-cientista do Caltech como parte do programa SURF (Summer Undergraduate Research Fellowship) da institui\u00e7\u00e3o de ensino norte-americana. O’Neill come\u00e7ou a faculdade focando-se em qu\u00edmica, mas retomou o projeto de astronomia porque queria manter-se ativa durante a pandemia. “Cheguei \u00e0 conclus\u00e3o de que estava muito mais entusiasmada com isto do que com qualquer outra coisa em que tivesse trabalhado,” diz.<\/p>\n\n\n\n

Com o projeto de volta \u00e0 mesa, Readhead procurou na literatura e descobriu que o Observat\u00f3rio Haystack tinha feito observa\u00e7\u00f5es r\u00e1dio de PKS 2131-021 entre 1975 e 1983. Estes dados revelaram outro pico correspondente \u00e0s suas previs\u00f5es, desta vez ocorrendo em 1976.<\/p>\n\n\n\n

“Este trabalho mostra o valor de fazer uma monitoriza\u00e7\u00e3o precisa destas fontes ao longo de muitos anos a fim de realizar ci\u00eancia,” diz o coautor Roger Blandford, acad\u00e9mico especialista em Astrof\u00edsica Te\u00f3rica no Caltech que est\u00e1 atualmente em sab\u00e1tica da Universidade Stanford.<\/p>\n\n\n\n

\"\"\/<\/a>
Tr\u00eas conjuntos de observa\u00e7\u00f5es r\u00e1dio do quasar PKS 2131-02, abrangendo 45 anos, s\u00e3o aqui representados, com dados do OVRO a azul; do UMRAO a castanho; e do Observat\u00f3rio Haystack a verde. As observa\u00e7\u00f5es correspondem a uma simples onda sinusoidal, indicada a azul. Os astr\u00f3nomos pensam que o padr\u00e3o de onda sinusoidal \u00e9 causado por dois buracos negros supermassivos no cora\u00e7\u00e3o do quasar que orbitam um em torno do outro de dois em dois anos (um per\u00edodo de cinco anos foi realmente observado devido a um efeito Doppler causado pela expans\u00e3o do Universo). Um dos buracos negros est\u00e1 a disparar um jato relativista que se escurece e ilumina periodicamente. Note-se que os dados do OVRO e do UMRAO coincidem para o pico em 2010, e os dados do UMRAO e do Observat\u00f3rio Haystack coincidem para o pico em 1981. As magnitudes dos picos observados por volta de 1980 s\u00e3o duas vezes maiores do que as observadas em tempos recentes, presumivelmente porque mais material estava a cair em dire\u00e7\u00e3o ao buraco negro e a ser ejectado nessa altura.
Cr\u00e9dito: Tony Readhead\/Caltech<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Como um Rel\u00f3gio<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Readhead compara o sistema do jato movendo-se para tr\u00e1s e para a frente com o tiquetaque de um rel\u00f3gio, onde cada ciclo, ou per\u00edodo, da onda sinusoidal corresponde \u00e0 \u00f3rbita de dois anos dos buracos negros (embora o ciclo observado seja na realidade de cinco anos devido \u00e0 luz ser esticada pela expans\u00e3o do Universo). Este tiquetaque foi visto pela primeira vez em 1976 e continuou durante oito anos antes de desparecer durante 20 anos, provavelmente devido a mudan\u00e7as na alimenta\u00e7\u00e3o do buraco negro. O tiquetaque est\u00e1 agora de volta h\u00e1 17 anos.<\/p>\n\n\n\n

“O rel\u00f3gio manteve o tiquetaque,” diz. “A estabilidade do per\u00edodo ao longo deste intervalo de 20 anos sugere fortemente que este blazar abriga n\u00e3o um buraco negro supermassivo, mas dois buracos negros supermassivos que se orbitam um ao outro.”<\/p>\n\n\n\n

A f\u00edsica subjacente \u00e0s varia\u00e7\u00f5es sinusoidais foi, ao in\u00edcio, um mist\u00e9rio, mas Blanford desenvolveu um modelo simples e elegante para explicar a forma sinusoidal das varia\u00e7\u00f5es.<\/p>\n\n\n\n

“Sab\u00edamos que esta bela onda sinusoidal tinha de nos estar a dizer algo importante sobre o sistema,” diz Readhead. “O modelo de Roger mostra-nos que \u00e9 simplesmente o movimento orbital que faz isto. Antes de Roger o resolver, ningu\u00e9m tinha percebido que um bin\u00e1rio com um jato relativista teria uma curva de luz que se parecia com isto.”<\/p>\n\n\n\n

Kiehlmann diz: “O nosso estudo fornece uma planta de como procurar tais bin\u00e1rios blazar no futuro.”<\/p>\n\n\n\n

\n