{"id":7006,"date":"2024-05-24T06:19:15","date_gmt":"2024-05-24T05:19:15","guid":{"rendered":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=7006"},"modified":"2024-05-24T06:19:16","modified_gmt":"2024-05-24T05:19:16","slug":"usando-material-estelar-oscilante-os-astronomos-mediram-pela-primeira-vez-a-rotacao-de-um-buraco-negro-supermassivo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2024\/05\/24\/usando-material-estelar-oscilante-os-astronomos-mediram-pela-primeira-vez-a-rotacao-de-um-buraco-negro-supermassivo\/","title":{"rendered":"Usando material estelar oscilante, os astr\u00f3nomos mediram pela primeira vez a rota\u00e7\u00e3o de um buraco negro supermassivo"},"content":{"rendered":"
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Esta figura esquem\u00e1tica representa a precess\u00e3o de um disco de acre\u00e7\u00e3o formado a partir dos detritos de uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo. O painel da esquerda mostra a fase de precess\u00e3o quando o disco de acre\u00e7\u00e3o est\u00e1 pr\u00f3ximo de uma configura\u00e7\u00e3o vista de lado, o que resulta numa \u00e1rea mais pequena do disco a ser observada e, portanto, numa luminosidade mais baixa. O observador pode ver maioritariamente as partes mais frias e exteriores do disco em precess\u00e3o. O painel da direita mostra uma fase de precess\u00e3o quase de face, quando a \u00e1rea vis\u00edvel do disco \u00e9 maior e, portanto, a luminosidade tamb\u00e9m aumenta. As partes internas e mais quentes do disco ficam ent\u00e3o totalmente expostas.\nCr\u00e9dito: cortesia de Michal Zajacek e Dheeraj Pasham<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Os astr\u00f3nomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology), da NASA e de outras institui\u00e7\u00f5es t\u00eam uma nova forma de medir a velocidade de rota\u00e7\u00e3o de um buraco negro, utilizando as consequ\u00eancias do seu banquete estelar.<\/p>\n\n\n\n

O m\u00e9todo tira partido de um evento de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s de um buraco negro – um momento de brilho intenso em que um buraco negro exerce mar\u00e9s sobre uma estrela pr\u00f3xima e a desfaz em peda\u00e7os. \u00c0 medida que a estrela \u00e9 perturbada pelas imensas for\u00e7as de mar\u00e9 do buraco negro, metade da estrela \u00e9 destru\u00edda, enquanto a outra metade \u00e9 lan\u00e7ada \u00e0 volta do buraco negro, gerando um disco de acre\u00e7\u00e3o intensamente quente de material estelar em rota\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

A equipa liderada pelo MIT demonstrou que a oscila\u00e7\u00e3o do rec\u00e9m-criado disco de acre\u00e7\u00e3o \u00e9 fundamental para determinar a rota\u00e7\u00e3o inerente ao buraco negro central.<\/p>\n\n\n\n

Num estudo publicado na revista Nature, os astr\u00f3nomos referem que mediram a rota\u00e7\u00e3o de um buraco negro supermassivo pr\u00f3ximo, seguindo o padr\u00e3o de flashes de raios X que o buraco negro produziu imediatamente a seguir a um evento de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s. A equipa seguiu os flashes durante v\u00e1rios meses e determinou que eram provavelmente um sinal de um disco de acre\u00e7\u00e3o brilhante e quente que oscilava para tr\u00e1s e para a frente \u00e0 medida que era empurrado e puxado pela rota\u00e7\u00e3o do pr\u00f3prio buraco negro.<\/p>\n\n\n\n

Ao rastrear a forma como a oscila\u00e7\u00e3o do disco se alterava ao longo do tempo, os cientistas puderam calcular o quanto o disco estava a ser afetado pela rota\u00e7\u00e3o do buraco negro e, por sua vez, a que velocidade o pr\u00f3prio buraco negro estava a girar. A sua an\u00e1lise mostrou que o buraco negro girava a menos de 25 por cento da velocidade da luz – relativamente lento, no que diz respeito aos buracos negros.<\/p>\n\n\n\n

O autor principal do estudo, o investigador do MIT Dheeraj “DJ” Pasham, afirma que o novo m\u00e9todo poder\u00e1 ser utilizado para medir a rota\u00e7\u00e3o de centenas de buracos negros no Universo local nos pr\u00f3ximos anos. Se os cientistas conseguirem determinar as rota\u00e7\u00f5es de muitos buracos negros pr\u00f3ximos, poder\u00e3o come\u00e7ar a compreender como \u00e9 que os gigantes gravitacionais evolu\u00edram ao longo da hist\u00f3ria do Universo.<\/p>\n\n\n\n

“Ao estudar v\u00e1rios sistemas nos pr\u00f3ximos anos com este m\u00e9todo, os astr\u00f3nomos podem estimar a distribui\u00e7\u00e3o global das rota\u00e7\u00f5es dos buracos negros e compreender a quest\u00e3o de longa data de como evoluem ao longo do tempo”, diz Pasham, que \u00e9 membro do Instituto Kavli de Astrof\u00edsica e Investiga\u00e7\u00e3o Espacial do MIT.<\/p>\n\n\n\n

Os coautores do estudo incluem colaboradores de v\u00e1rias institui\u00e7\u00f5es, incluindo a NASA, a Universidade Masaryk na Ch\u00e9quia, a Universidade de Leeds, a Universidade de Syracuse, a Universidade de Tel Aviv, a Academia Polaca de Ci\u00eancias, entre outras.<\/p>\n\n\n\n

Calor “triturado<\/strong>“<\/p>\n\n\n\n

Cada buraco negro tem uma rota\u00e7\u00e3o inerente que foi moldada pelos seus encontros c\u00f3smicos ao longo do tempo. Se, por exemplo, um buraco negro cresceu principalmente por acre\u00e7\u00e3o – breves inst\u00e2ncias em que algum material cai no disco, isso faz com que o buraco negro gire a velocidades bastante elevadas. Em contraste, se um buraco negro cresce principalmente por fus\u00e3o com outros buracos negros, cada fus\u00e3o pode tornar as coisas mais lentas, uma vez que a rota\u00e7\u00e3o de um buraco negro “combate” com a rota\u00e7\u00e3o do outro.<\/p>\n\n\n\n

Quando um buraco negro gira, arrasta consigo o espa\u00e7o-tempo que o rodeia. Este efeito de arrasto \u00e9 um exemplo da precess\u00e3o de Lense-Thirring, uma teoria de longa data que descreve as formas como campos gravitacionais extremamente fortes, como os gerados por um buraco negro, podem puxar o espa\u00e7o e o tempo circundantes. Normalmente, este efeito n\u00e3o seria \u00f3bvio \u00e0 volta dos buracos negros, uma vez que os objetos massivos n\u00e3o emitem luz.<\/p>\n\n\n\n

Mas, nos \u00faltimos anos, os f\u00edsicos propuseram que, em casos como o de um evento de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s, ou TDE (sigla inglesa para “tidal disruption event”), os cientistas poderiam ter a hip\u00f3tese de seguir a luz dos detritos estelares \u00e0 medida que estes s\u00e3o arrastados. E, assim sendo, esperar medir a rota\u00e7\u00e3o do buraco negro.<\/p>\n\n\n\n

Em particular, durante um TDE, os cientistas preveem que uma estrela pode cair num buraco negro a partir de qualquer dire\u00e7\u00e3o, gerando um disco de material branco e quente que pode estar inclinado, ou desalinhado, em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 rota\u00e7\u00e3o do buraco negro (imagine o disco de acre\u00e7\u00e3o como um donut inclinado que est\u00e1 a girar em torno de um buraco que tem a sua pr\u00f3pria rota\u00e7\u00e3o). Quando o disco encontra a rota\u00e7\u00e3o do buraco negro, ele oscila \u00e0 medida que o buraco negro o puxa para o alinhamento. Eventualmente, a oscila\u00e7\u00e3o diminui \u00e0 medida que o disco se acomoda na rota\u00e7\u00e3o do buraco negro. Os cientistas previram que a oscila\u00e7\u00e3o do disco de um TDE deveria, portanto, ser uma assinatura mensur\u00e1vel da rota\u00e7\u00e3o do buraco negro.<\/p>\n\n\n\n

“Mas a chave era ter as observa\u00e7\u00f5es corretas”, diz Pasham. “A \u00fanica forma de o fazer \u00e9, assim que se d\u00e1 um evento de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s, arranjar um telesc\u00f3pio que olhe para este objeto continuamente, durante muito tempo, para que se possa sondar todo o tipo de escalas de tempo, de minutos a meses”.<\/p>\n\n\n\n

Uma captura de alta cad\u00eancia<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nos \u00faltimos cinco anos, Pasham tem procurado eventos de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s que sejam suficientemente brilhantes e estejam suficientemente pr\u00f3ximos para poder acompanhar rapidamente e detetar sinais da precess\u00e3o de Lense-Thirring. Em fevereiro de 2020, ele e os seus colegas tiveram sorte, com a dete\u00e7\u00e3o de AT2020ocn, um flash brilhante, emanando de uma gal\u00e1xia a cerca de mil milh\u00f5es de anos-luz de dist\u00e2ncia, que foi inicialmente detetado na banda \u00f3tica pelo ZTF (Zwicky Transient Facility).<\/p>\n\n\n\n

Nos dados \u00f3ticos, o clar\u00e3o parecia ser o primeiro momento ap\u00f3s um TDE. Sendo ambos brilhantes e relativamente pr\u00f3ximos, Pasham suspeitou que o TDE poderia ser o candidato ideal para procurar sinais da oscila\u00e7\u00e3o do disco e possivelmente medir a rota\u00e7\u00e3o do buraco negro no centro da gal\u00e1xia hospedeira. Mas, para isso, precisaria de muito mais dados.<\/p>\n\n\n\n

“Precis\u00e1vamos de dados r\u00e1pidos e de alta cad\u00eancia”, diz Pasham. “A chave era apanhar isto logo no in\u00edcio, porque esta precess\u00e3o, ou oscila\u00e7\u00e3o, s\u00f3 deveria estar presente no in\u00edcio. Se fosse mais tarde, o disco deixaria de oscilar”.<\/p>\n\n\n\n

A equipa descobriu que o telesc\u00f3pio NICER da NASA foi capaz de captar o TDE e de o observar continuamente durante meses. O NICER (Neutron star Interior Composition ExploreR) \u00e9 um telesc\u00f3pio de raios X instalado na Esta\u00e7\u00e3o Espacial Internacional que mede a radia\u00e7\u00e3o em torno de buracos negros e outros objetos gravitacionais extremos.<\/p>\n\n\n\n

Pasham e os seus colegas analisaram as observa\u00e7\u00f5es NICER de AT2020ocn durante 200 dias ap\u00f3s a dete\u00e7\u00e3o inicial do evento de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s. Descobriram que o evento emitia raios X que pareciam atingir um pico de 15 em 15 dias, durante v\u00e1rios ciclos, antes de se extinguirem. Interpretaram os picos como momentos em que o disco de acre\u00e7\u00e3o do TDE oscilava visto de face, emitindo raios X diretamente para o telesc\u00f3pio do NICER, antes de oscilar para longe enquanto continuava a emitir raios X (semelhante a acenar com uma lanterna na dire\u00e7\u00e3o de algu\u00e9m e para outra dire\u00e7\u00e3o a cada 15 dias).<\/p>\n\n\n\n

Os investigadores pegaram neste padr\u00e3o de oscila\u00e7\u00e3o e trabalharam-no na teoria original da precess\u00e3o de Lense-Thirring. Com base em estimativas da massa do buraco negro e da estrela perturbada, conseguiram chegar a uma estimativa da rota\u00e7\u00e3o do buraco negro – menos de 25 por cento da velocidade da luz.<\/p>\n\n\n\n

Os seus resultados marcam a primeira vez que os cientistas usaram observa\u00e7\u00f5es de um disco oscilante ap\u00f3s um evento de perturba\u00e7\u00e3o de mar\u00e9s para estimar a rota\u00e7\u00e3o de um buraco negro.<\/p>\n\n\n\n

“Os buracos negros s\u00e3o objetos fascinantes e os fluxos de mat\u00e9ria que vemos cair sobre eles podem gerar alguns dos acontecimentos mais luminosos do Universo”, afirma Chris Nixon, coautor do estudo e professor associado de f\u00edsica te\u00f3rica na Universidade de Leeds. “Embora haja muita coisa que ainda n\u00e3o compreendemos, existem espantosas instala\u00e7\u00f5es observacionais que continuam a surpreender-nos e a gerar novas vias para explorar. Este evento \u00e9 uma dessas surpresas”.<\/p>\n\n\n\n

Com a entrada em funcionamento de novos telesc\u00f3pios, como o Observat\u00f3rio Rubin, nos pr\u00f3ximos anos, Pasham prev\u00ea mais oportunidades para determinar a rota\u00e7\u00e3o dos buracos negros.<\/p>\n\n\n\n

“A rota\u00e7\u00e3o de um buraco negro supermassivo diz-nos qual a hist\u00f3ria desse buraco negro”, diz Pasham. “Mesmo que uma pequena fra\u00e7\u00e3o dos que o Rubin captar tenha este tipo de sinal, temos agora uma forma de medir a rota\u00e7\u00e3o de centenas de TDEs. Poder\u00edamos ent\u00e3o fazer uma grande afirma\u00e7\u00e3o sobre a forma como os buracos negros evoluem ao longo da idade do Universo”.<\/p>\n\n\n\n

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