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Confirmado: buraco negro supermassivo na galáxia M87 está girando

Por| Editado por Patricia Gnipper | 03 de Outubro de 2023 às 15h00

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ESO/M. Kornmesser
ESO/M. Kornmesser

O buraco negro supermassivo da galáxia M87, localizada a 55 milhões de anos-luz da Terra, está girando. A evidência, descoberta por uma equipe internacional de cientistas, é o movimento do jato em ciclos de 11 anos, comprovando que o disco de matéria está desalinhado com o eixo de rotação do buraco negro em si.

Em 2019, a primeira imagem real de um buraco negro foi revelada pela equipe do Event Horizon Telescope (EHT). Tratava-se de M87*, o objeto supermassivo no coração da galáxia supergigante M87, uma das mais massivas do universo local. Essa e outras imagens do EHT alavancaram pesquisas detalhadas sobre buracos negros e a física em seus arredores.

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O M87* tem 6,5 bilhões de vezes mais massa que o nosso Sol e exibe um jato relativamente fácil de detectar. Um dos elementos mais fascinantes do ambiente ao redor de um buraco negro ativo, como é o caso deste, são esses jatos — rajadas de matéria transformada em plasma que parte de ambos os polos dos buracos negros em velocidades próximas à da luz.

Mas como e por que isso acontece? Uma das suspeitas é que o mecanismo envolva movimentos de rotação.

Rotação e precessão de buracos negros

Já faz algum tempo que os astrônomos têm bons motivos para crer que buracos negros — ou pelo menos alguns deles — estão girando, assim como a Terra e tantos outros objetos cósmicos giram em torno de si mesmos. Mas até agora não havia uma observação direta desse fenômeno, já que buracos negros são completamente invisíveis.

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Por outro lado, os cientistas podem observar a matéria ao redor dos buracos negros, e é deste modo que podemos aprender sobre esses corpos misteriosos. Por exemplo, a foto do M87* revelada em 2019 nos mostra não o buraco negro em si, mas a matéria ao seu redor, comportando-se da maneira que Albert Einstein previu em sua Teoria da Relatividade Geral.

Muitos instrumentos foram usados para produzir a imagem de 2019, e já observavam o M87* até mesmo antes disso. Assim, a equipe do novo estudo, liderado pelo pesquisador chinês Dr. CUI Yuzhu e publicado na Nature, conseguiu analisar dados deste buraco negro entre 2000 a 2022.

Com isso, eles encontraram algo importante: um ciclo recorrente de 11 anos no movimento de precessão da base do jato. Em outras palavras, o conjunto formado pelo buraco negro, matéria do disco ao seu redor e seus jatos não apenas giram, mas também estão desalinhados. Podemos comparar com um pião: quando seu giro está um pouco instável, com sua base e topo oscilam de um lado para outro.

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Efeito de arrasto

Quando ocorrem em objetos astronômicos, as oscilações desse tipo (chamadas de movimento de precessão) influenciam até mesmo o tempo-espaço ao redor. Por exemplo, os buracos negros, que já distorcem o tempo-espaço ao extremo devido à sua densidade incrível, podem também criar um efeito de arrasto à medida que giram.

Se você já preparou um bolo em uma batedeira, deve ter notado que, embora o movimento de rotação dos garfos estejam sempre no meio do recipiente, esse giro cria uma espécie de arrasto na massa inteira, até na parte mais afastada em contato com as bordas. Grosso modo, podemos dizer que isso também acontece com o próprio tempo-espaço ao redor de buracos negros em rotação.

Ao descobrir a precessão do jato de um buraco negro como o M87*, os cientistas obtiveram a primeira evidência direta da rotação do objeto, o que por sua vez ajuda a completar os modelos teóricos de funcionamento dos mecanismos envolvendo o disco de acreção e a origem dos próprios jatos.

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Tal rotação deve ter grandes implicações em muitos outros detalhes, como o comportamento dos fótons no disco. Isso porque tudo o que estiver na região de arrasto gravitacional (ergosfera) se move na mesma direção da rotação do buraco negro, atraindo fótons que podem ricochetear uns nos outros e em outros tipos de partículas capturadas.

É possível que esse comportamento na ergosfera aumente a energia das partículas como fótons, prótons e elétrons, afetando o modo como elas caem (ou não) dentro do horizonte de eventos — o ponto de não retorno do buraco negro. Por outro lado, há outras hipóteses que explicam esses fenômenos com o magnetismo.

Ainda assim, é cedo para decretar o fim do mistério da origem dos jatos. Para isso, os cientistas ainda vão ter que encontrar o mesmo tipo de precessão em outros buracos negros com jatos. Também vão precisar determinar e o valor exato da taxa de rotação dos buracos negros (incluindo o M87*, que ainda tem uma margem de incerteza) com maior precisão.

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Fonte: Academia Chinesa de Ciências, Nature