Imagem:Revista Tudo Sobre o Espaço / Colaborador via Getty Images
Pela primeira vez, os cientistas vislumbraram “ecos” de luz do lado mais distante de um buraco negro, revelando um vislumbre sem precedentes do ambiente por trás desses objetos extremos em relação à nossa perspectiva na Terra.
É bem conhecido que nenhuma luz escapa de um buraco negro, mas a descoberta incompreensível de luz proveniente de um buraco negro atras do um confirma uma previsão chave da teoria da relatividade geral de Einstein, que afirma que os fótons podem ser dobrados em torno de buracos negros devido às suas intensas forças gravitacionais, que distorcem o espaço-tempo e tudo nele, incluindo a luz.
Uma equipe liderada por Dan Wilkins, astrofísico do Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas da Universidade de Stanford, detectou esses “ecos de raios-X” nunca antes vistos em torno de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia chamada I Zwicky 1, que está localizado a cerca de 800 milhões de anos-luz da Terra, de acordo com um estudo publicado na quarta-feira dentro Natureza .
“Pensamos há muito tempo que esses ecos do lado mais distante do buraco negro deveriam estar presentes, mas não pensávamos anteriormente que, usando nossos telescópios atuais, poderíamos captar o sinal de tudo o que está acontecendo. sobre; o flash brilhante de raios-X da coroa e o eco de todo o material na parte frontal do disco”, disse Wilkins em um e-mail.
No entanto, o efeito bizarro foi capturado em janeiro de 2020 por dois telescópios espaciais especializados: o NuSTAR da NASA e o observatório XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA). Suas observações revelaram detalhes precisos da coroa do buraco negro, que é um anel de partículas de gás ultra-quentes que circunda alguns desses objetos extremos.
“Quando obtivemos os dados baixados dos dois telescópios espaciais que estávamos usando neste estudo, foi realmente emocionante ver, pouco tempo depois de nossas observações, que o I Zwicky 1 começou a emitir algumas explosões de raios-X realmente brilhantes”, lembrou Wilkins. . “Sabíamos que esses flashes brilhantes de emissão de raios-X seriam uma excelente oportunidade para procurar os ecos do gás que está caindo no buraco negro e aprender mais sobre o que acontece quando o gás cai em um buraco negro supermassivo.”
A luz (ou qualquer outra coisa) que cruze a fronteira de um buraco negro, conhecido como horizonte de eventos, nunca mais será vista ou ouvida em nosso universo. Mas enquanto os fótons não podem escapar por trás do horizonte de eventos, o ambiente externo em torno dos buracos negros alimenta alguns dos espetáculos de luz mais espetaculares do universo. Por exemplo, as explosões de raios-X radiantes que a equipe observou em I Zwicky 1 provavelmente são alimentadas por interações pirotécnicas entre os campos magnéticos retorcidos do buraco negro e os elétrons de alta energia em sua coroa, todos localizados fora do horizonte de eventos.
Wilkins suspeitava há algum tempo que os fótons de raios-X do lado mais distante de um buraco negro poderiam reverberar ao redor do disco e aparecer no lado observável que está apontado para a Terra. Quando os pesquisadores procuraram evidências desse efeito trippy em I Zwicky 1, eles foram recompensados com “evidências observacionais diretas para o ressurgimento da emissão por trás do buraco negro, dobrado em nossa linha de visão por forte curvatura da luz gravitacional”, de acordo com ao estudo.
“Quando comecei a analisar os ecos, notei que, à medida que as chamas desapareciam, havia ecos curtos adicionais de raios-X aparecendo em momentos diferentes em cores diferentes”, explicou Wilkins. “Estudando isso mais de perto, descobri que esses ecos correspondiam exatamente às nossas previsões teóricas de como os ecos do gás que está por trás do buraco negro apareceriam.”
“Embora o sinal fosse exatamente como esperávamos e como havia sido previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, foi emocionante poder ver esse sinal em primeira mão em uma observação de um buraco negro”, acrescentou.
I Zwicky 1 foi um alvo perfeito para esse tipo de avanço porque seu buraco negro central está engolindo gás a uma taxa elevada, fazendo com que ele brilhe intensamente na luz de raios-X. Além disso, suas erupções eram especialmente radiantes e breves, causando “um forte eco do disco e um forte sinal do outro lado do disco, que pudemos detectar”, observou Wilkins.
Agora que esses ecos foram detectados em I Zwicky 1, os cientistas estão mais bem equipados para procurá-los em torno de outros buracos negros, o que pode revelar novos insights sobre os ambientes intensos fora desses objetos.
“Estamos aprendendo a usar esses ecos – tanto o momento em que os ecos são vistos após um flash de emissão de raios X quanto as pequenas mudanças na cor dos raios X à medida que são deformados, viajando ao redor do buraco negro até nós. – para reconstruir uma imagem do ambiente extremo do lado de fora do buraco negro”, disse Wilkins.
“Sabemos que o gás que cai em um buraco negro supermassivo é capaz de alimentar algumas das fontes de luz mais brilhantes que vemos em todo o Universo, e que a produção de energia dos buracos negros supermassivos é tão alta que eles desempenharam um papel importante na formação do planeta. formação das galáxias e a estrutura do Universo como o conhecemos hoje”, acrescentou. “Ao reconstruir esta imagem do ambiente ao redor do buraco negro, estamos aprendendo exatamente como os buracos negros alimentam objetos tão brilhantes e foram capazes de cumprir seu papel na formação de galáxias.”
Esses esforços para desvendar os mistérios dos buracos negros, incluindo sua influência na evolução das galáxias, são construídos em instrumentos como NuSTAR, XMM-Newton e o gigantesco Event Horizon Telescope, que divulgou a primeira imagem de um buraco negro em 2019. Mas uma nova geração de observatórios de raios-X em breve excederá muito as capacidades dessas missões existentes, como o Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics (Athena), liderado pela ESA, atualmente com lançamento previsto para 2031.
É “um momento realmente emocionante para a astronomia de raios-X”, disse Wilkins, que faz parte da equipe internacional do Athena. “Este novo telescópio será muito maior do que qualquer telescópio de raios-X que lançamos antes, o que aumentará muito os detalhes que poderemos ver em torno de buracos negros supermassivos.”