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Um diagrama que mostra o disco de acreção em torno de um buraco negro, onde a região interna do disco oscila. | Crédito: NASA
Os astrónomos observaram uma estrela oscilar na sua órbita em torno de um monstruoso buraco negro supermassivo que a está a despedaçar e a banquetear-se com o seu material estelar. A observação é evidência de um fenómeno raro e elusivo chamado “precessão de rotação de lentes” ou “arrasto de moldura”, no qual um buraco negro em rotação rápida puxa a própria estrutura do espaço e do tempo com o seu movimento.
Isso está girando espaço tempo apareceu primeiro Albert EinsteinSua teoria de 1915 Relatividade geralque previu que objetos com massa “tecem” a estrutura do espaço e do tempo (combinam-se em uma única entidade chamada espaço-tempo) e que a gravidade surge desse efeito geométrico. Quanto maior a massa de um objeto, maior será o seu efeito no espaço-tempo e, portanto, maior será o seu efeito gravitacional. Em 1918, a ideia de objetos massivos e rotativos arrastando-se pelo espaço-tempo foi solidificada pelos físicos austríacos Joseph Lens e Hans Thiering usando a relatividade geral.
Desde então, no entanto, o efeito tem sido difícil de ser observado pelos cientistas, o que significa que a nova investigação poderá fornecer aos cientistas uma nova forma de estudar o spin. buraco negroA forma como se alimentam ou “agregam” material arrancado das estrelas em eventos de perturbação de marés (TDEs), e como os TDEs dão origem a poderosos fluxos ou jatos.
“O nosso estudo fornece a evidência mais forte até agora da precessão das lentes – um buraco negro arrasta o espaço-tempo da mesma forma que um topo em rotação arrasta a água à sua volta”, disse Cosimo Insera, membro da equipa, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, num comunicado. “Este é um verdadeiro presente para os físicos porque confirmamos previsões feitas há mais de um século. Não só isso, mas estas observações dizem-nos mais sobre a natureza dos TDEs – quando uma estrela é dilacerada pela enorme força gravitacional exercida por um buraco negro.”
Veja instável
A equipe decidiu investigar a precessão da lente Thiring estudando o TDE designado AT2020afhd usando dados de raios X coletados por observações de ondas de rádio da espaçonave da NASA, do Neil Gehrels Swift Observatory (SWIFT) e do Carl G. Jansky Very Large Array (VLA), baseado na Terra.
Um TDE ocorre quando uma estrela orbita muito perto de um buraco negro supermassivo e a enorme atração gravitacional do titã cósmico, que pode ter a massa de milhares de milhões de sóis, cria forças de maré dentro da estrela que a comprimem horizontalmente e, ao mesmo tempo, a estica verticalmente. Este processo, denominado espaguetificação, cria um fio de massa estelar que gira em torno do buraco negro como um macarrão em torno de um garfo, criando uma nuvem achatada chamada disco de acreção.
O material do disco de acreção é lentamente introduzido no buraco negro, mas estes titãs dominados por galáxias são notoriamente devoradores desordenados, com algum material sendo soprado para longe do pólo do buraco negro pelo forte campo magnético. A partir daí, a matéria é expelida como jatos gêmeos de plasma à velocidade da luz.
Os discos de acreção destes buracos negros induzidos por TDE e os jatos que eles eclodem emitem intensamente através do espectro eletromagnético e, uma vez que estas emissões têm origem no exterior do buraco negro, deverão ser afetadas pela precessão das lentes. Este efeito se traduz em um “dupleto” na órbita da matéria no disco de acreção ao redor do buraco negro supermassivo. De facto, ao observar o AT2020afhd, a equipa observou mudanças rítmicas tanto nos raios X como nas ondas de rádio provenientes deste TDE, sugerindo que o disco de acreção e o jato estão oscilando 2-0 por dia.
“Ao contrário dos estudos anteriores de TDEs, que têm sinais de rádio constantes, o sinal do AT2020afhd mostra flutuações de curto prazo, que não poderíamos atribuir à libertação de energia do buraco negro e do material circundante,” continuou Insera. “Isto confirma ainda mais o efeito do arrasto nas nossas mentes e oferece aos cientistas um novo método para procurar buracos negros.”
Ao modelar dados do Swift e do VLA, a equipe conseguiu confirmar que essas variações eram resultado do arrastamento de quadros. Uma análise mais aprofundada destes resultados pode ajudar os cientistas a compreender melhor a física por detrás do efeito lente-Thiring.
“Ao mostrar que um buraco negro pode arrastar o espaço-tempo e criar este efeito de arrastar quadros, também começamos a compreender a mecânica do processo”, disse Insera. “Portanto, da mesma forma que um objeto carregado cria um campo magnético à medida que gira, vemos como um objeto massivo em rotação – neste caso um buraco negro – cria um campo magnético gravitacional que afeta os movimentos das estrelas e de outros objetos cósmicos próximos.
“É um lembrete para nós, especialmente durante a época festiva, quando olhamos com admiração para o céu noturno, que na nossa percepção reside a oportunidade de detectar objetos mais extraordinários em toda a diversidade e sabor da natureza.”
A pesquisa da equipe foi publicada na revista quarta-feira (10 de dezembro). Avanços na ciência.
