Os jatos deste buraco negro balançam como loucos porque estão distorcendo o espaço-tempo

Astrônomos avistaram jatos de partículas que saíam de um buraco negro , e eles acham que esse movimento extraordinariamente rápido pode estar acontecendo porque a forte gravidade do buraco negro está deformando o espaço ao seu redor.

O buraco negro, chamado V404 Cygni, está localizado a cerca de 8.000 anos-luz da Terra e é relativamente pequeno no que diz respeito aos buracos negros - apenas nove vezes a massa do Sol da Terra. É parte de um sistema binário no qual ela e uma estrela parecida com o sol orbitam uma a outra. O buraco negro está constantemente sugando material de seu companheiro estelar e, conforme esse material é sugado, ele forma um disco de acreção em torno do buraco negro.

Algumas das partículas caindo no buraco negro escapar através de jatos relativísticos , longos feixes de plasma energético que fluem do eixo de rotação do buraco negro a mais da metade da velocidade da luz. Os astrônomos já viram jatos de buracos negros antes, mas nunca viram jatos que balançam tão rapidamente quanto os do V404 Cygni, que foram observados oscilando em períodos de apenas alguns minutos.



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Um artista

Impressão artística do sistema binário que inclui o buraco negro V404 Cygni e uma estrela parecida com o sol que orbita uma a outra.(Crédito da imagem: ICRAR)

'Nunca vimos esse efeito acontecer em escalas de tempo tão curtas', James Miller-Jones, pesquisador do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR) que liderou o novo estudo, disse em um comunicado .

Miller-Jones e colegas observaram V404 Cygni usando o Matriz de linha de base muito longa (VLBA), uma rede de 10 radiotelescópios espalhados pelo mundo que pertencem e são operados pela National Science Foundation (NSF). O buraco negro tem sido objeto de observações desde 1938, quando lançou uma explosão brilhante de energia. É mais recente explosão, em 2015 , gerou uma nova onda de interesse no buraco negro, e foi então que Miller-Jones e sua equipe começaram as observações para este estudo.

Quando os pesquisadores observaram o buraco negro pela primeira vez e reuniram imagens dos dados do VLBA, os jatos 'estavam mudando tão rápido que, em uma imagem de 4 horas, vimos apenas um borrão', Alex Tetarenko, um membro do Observatório do Leste Asiático no Havaí que contribuiu para o estudo, disse no comunicado.

Os astrônomos normalmente usam longas exposições para observar buracos negros, mas desta vez eles tiveram que modificar sua estratégia para obter uma visão clara dos jatos V404 Cygni. Então, eles capturaram mais de 100 imagens com exposições de 70 segundos e as juntaram em uma animação.

'Ficamos pasmos com o que vimos neste sistema - foi completamente inesperado', disse Greg Sivakoff, astrônomo da Universidade de Alberta e co-autor do estudo, em comunicado. 'Descobrir este astronômico primeiro aprofundou nossa compreensão de como os buracos negros e a formação de galáxias podem funcionar. Ele nos diz um pouco mais sobre a grande questão: 'Como chegamos aqui?' '

Os astrônomos acham que a oscilação rápida do buraco negro pode ser explicada por Teoria geral da relatividade de Albert Einstein , que estipula que objetos extremamente massivos dobram o espaço e o tempo. 'Quando um objeto tão grande está girando, sua influência gravitacional puxa o espaço e o tempo com ele, um efeito chamado de arrastamento de quadros', disseram funcionários do National Radio Astronomy Observatory (NRAO), uma instalação da NSF que administra o VLBA, no demonstração.

Conforme as partículas são sugadas em direção ao buraco negro, o disco de acreção fica mais denso e quente próximo ao centro. Perto do centro do disco está um anel denso em forma de donut que é 'inflado' pela pressão da radiação. Enquanto o disco de acreção tem cerca de 6,2 milhões de milhas (10 milhões de quilômetros) de diâmetro, o donut tem apenas alguns milhares de quilômetros de largura. É aqui que o espaço é deformado pela imensa força gravitacional.

Um artista

Impressão artística das partes internas do disco de acreção ao redor do buraco negro V404 Cygni.(Crédito da imagem: ICRAR)

O efeito de arrastar de quadros parece surgir porque o eixo de rotação do buraco negro está desalinhado com o plano da órbita do buraco negro com seu companheiro binário. Esse desalinhamento 'faz com que o efeito de arrastamento do quadro deforme a parte interna do disco e, em seguida, empurre a parte deformada com ele', disseram funcionários da NRAO. 'Como os jatos se originam do disco interno ou do buraco negro, isso muda a orientação do jato, produzindo a oscilação observada com o VLBA.'

- Você pode pensar nisso como a oscilação de um pião enquanto desacelera. Somente neste caso, a oscilação é causada pela teoria geral da relatividade de Einstein ', disse Miller-Jones.

Embora os pesquisadores possam ter uma explicação para os jatos oscilantes do V404 Cygni, eles ainda não descobriram exatamente de onde esses jatos estão vindo. Quando se trata de jatos relativísticos de buracos negros, suas origens permanecem um pouco misteriosas - não apenas para o V404 Cygni, mas para todos os buracos negros. Os cientistas acham que os jatos se originam na parte interna do disco de acreção de um buraco negro ou no próprio buraco negro.

Independentemente das origens dos jatos, no entanto, esta nova pesquisa sugere que a oscilação do disco de acreção interno 'poderia desempenhar um papel no lançamento ou redirecionamento direto dos jatos', escreveram os autores do estudo em seu artigo, que foi publicado hoje (29 de abril) na revista Nature .

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