No ano passado, os astrônomos descobriram um buraco negro quiescente em uma galáxia distante que entrou em erupção após triturar e consumir uma estrela que passava. Agora, os pesquisadores identificaram um sinal distinto de raio-X observado nos dias seguintes à explosão que provém da matéria à beira de cair no buraco negro.
Esse sinal indicador, chamado oscilação quase periódica ou QPO, é uma característica dos discos de acúmulo que geralmente envolvem os objetos mais compactos do universo - estrelas anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros. Os QPOs foram vistos em muitos buracos negros de massa estelar e existem evidências tentadoras deles em alguns buracos negros que podem ter massas de peso médio entre 100 e 100.000 vezes o sol.
Até a nova descoberta, os QPOs haviam sido detectados em torno de apenas um buraco negro supermassivo - o tipo contendo milhões de massas solares e localizado no centro das galáxias. Esse objeto é a galáxia do tipo Seyfert, REJ 1034 + 396, que a uma distância de 576 milhões de anos-luz fica relativamente próxima.
“Essa descoberta estende nosso alcance até a extremidade mais interna de um buraco negro localizado a bilhões de anos-luz de distância, o que é realmente incrível. Isso nos dá a oportunidade de explorar a natureza dos buracos negros e testar a relatividade de Einstein em uma época em que o universo era muito diferente do que é hoje ”, disse Rubens Reis, pesquisador de pós-doutorado em Einstein na Universidade de Michigan em Ann Arbor. Reis liderou a equipe que descobriu o sinal QPO usando dados dos telescópios orbitais Suzaku e XMM-Newton, uma descoberta descrita em um artigo publicado hoje na Science Express.
A fonte de raios X conhecida como Swift J1644 + 57 - após suas coordenadas astronômicas na constelação de Draco - foi descoberta em 28 de março de 2011 pelo satélite Swift da NASA. Originalmente, era considerado um tipo mais comum de explosão, chamado explosão de raios gama, mas seu desaparecimento gradual não correspondia a nada que havia sido visto antes. Os astrônomos logo convergiram para a ideia de que o que estavam vendo era o resultado de um evento verdadeiramente extraordinário - o despertar do buraco negro adormecido de uma galáxia distante, que triturou e devorou uma estrela que passava. A galáxia está tão longe que a luz do evento teve que viajar 3,9 bilhões de anos antes de chegar à Terra.
Informação do vídeo: Em 28 de março de 2011, o Swift da NASA detectou intensas explosões de raios-X que se acredita serem causadas por um buraco negro que devora uma estrela. Em um modelo, ilustrado aqui, uma estrela semelhante ao sol em uma órbita excêntrica mergulha muito perto do buraco negro central de sua galáxia. Cerca de metade da massa da estrela alimenta um disco de acreção ao redor do buraco negro, que por sua vez aciona um jato de partículas que irradia radiação em direção à Terra. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA / Conceptual Image Lab
A estrela experimentou marés intensas ao chegar ao ponto mais próximo do buraco negro e foi rapidamente dilacerada. Parte de seu gás caiu em direção ao buraco negro e formou um disco ao seu redor. A parte mais interna deste disco foi rapidamente aquecida a temperaturas de milhões de graus, quente o suficiente para emitir raios-X. Ao mesmo tempo, através de processos ainda não totalmente compreendidos, jatos dirigidos opostos perpendiculares ao disco formado perto do buraco negro. Esses jatos explodiram a matéria para fora a velocidades superiores a 90% da velocidade da luz ao longo do eixo de rotação do buraco negro. Por acaso, um desses jatos apontou diretamente para a Terra.
Nove dias após a explosão, Reis, Strohmayer e seus colegas observaram o Swift J1644 + 57 usando Suzaku, um satélite de raios-X operado pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão com a participação da NASA. Cerca de dez dias depois, eles começaram uma campanha de monitoramento mais longa usando o observatório da Agência Espacial Europeia XMM-Newton.
“Como a matéria no jato estava se movendo tão rápido e se inclinava quase na nossa linha de visão, os efeitos da relatividade aumentaram seu sinal de raio-X o suficiente para que pudéssemos capturar o QPO, o que, de outro modo, seria difícil de detectar a uma distância tão grande ”, Disse Tod Strohmayer, astrofísico e coautor do estudo no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.
Como o gás quente no disco mais interno gira em direção a um buraco negro, chega a um ponto que os astrônomos chamam de órbita circular estável mais interna (ISCO). Quanto mais perto do buraco negro e do gás, rapidamente mergulha no horizonte de eventos, o ponto sem retorno. O gás em espiral interno tende a se acumular em torno do ISCO, onde se torna tremendamente aquecido e irradia uma enxurrada de raios-X. O brilho desses raios X varia em um padrão que se repete em um intervalo quase regular, criando o sinal QPO.
Os dados mostram que o QPO do Swift J1644 + 57 pedalava a cada 3,5 minutos, o que coloca sua região de origem entre 4 e 9,3 milhões de quilômetros do centro do buraco negro, a distância exata, dependendo da velocidade do buraco negro está girando. Para colocar isso em perspectiva, a distância máxima é de apenas 6 vezes o diâmetro do nosso sol. A distância da região QPO ao horizonte de eventos também depende da velocidade de rotação, mas, para um buraco negro girando na teoria da taxa máxima permite, o horizonte fica dentro do ISCO.
"Os QPOs nos enviam informações desde a borda do buraco negro, que é onde os efeitos da relatividade se tornam mais extremos", disse Reis. "A capacidade de obter insights sobre esses processos em uma distância tão vasta é um resultado verdadeiramente bonito e é uma grande promessa."
Legenda da imagem principal: Esta ilustração destaca os principais recursos do Swift J1644 + 57 e resume o que os astrônomos descobriram sobre isso. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA
