Buraco negro bizarro está arrastando o espaço-tempo

Buracos negros são alguns dos objetos mais poderosos da natureza, e de vez em quando os pesquisadores encontram características ainda mais poderosas do que a média em alguns deles.

É o caso do V404 Cygni, um buraco negro nove vezes mais massivo que o Sol, a cerca de 8.000 anos-luz da Terra, que está expelindo jatos de material na área ao seu redor que oscilam e mudam de direção em questão de minutos.

Segundo dizem os astrônomos, numa pesquisa publicada essa segunda-feira (29) na revista Nature, isso está acontecendo porque a poderosa força gravitacional do buraco negro está arrastando o próprio espaço-tempo junto com ele.

“Nunca vimos esse efeito acontecer em prazos tão curtos”, diz James Miller-Jones, do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia da Universidade Curtin (ICRAR), na Austrália, líder da equipe de pesquisa, ao site do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO)

O V404 Cygni está atraindo material de uma estrela próxima que tem uma massa de cerca de 70% a do Sol. À medida que o material da estrela flui em direção ao buraco negro, ele forma um disco giratório, chamado disco de acreção, em torno do V404 Cygni.

Em sistemas como este, o disco se torna mais denso e mais quente conforme a distância para o buraco negro diminui. A parte mais interna do disco, ou o buraco negro em si, lança jatos de material para fora do disco. Segundo os astrônomos, o material expelido do V404 Cygni se move a até 60% da velocidade da luz.

Os cientistas não conhecem o mecanismo preciso por trás da produção destes jatos. Eles acham que o material da borda mais interna do disco de acreção é canalizado ao longo das linhas do campo magnético do buraco negro, que funcionam como um síncrotron (um acelerador cíclico de partículas) para acelerar as partículas antes de lançá-las em velocidades gigantescas.

Mas os jatos inconstantes do V404 Cygni, disparando em diferentes direções em diferentes momentos, em escalas de tempo tão rápidas e com velocidades de até 60% da velocidade da luz, são algo jamais visto antes.

“Achamos que o disco de material e o buraco negro estão desalinhados. Isso parece estar fazendo a parte interna do disco balançar como um pião e disparar jatos em diferentes direções, uma vez que muda de orientação”, diz Miller-Jones em entrevista ao site da ICRAR.

Essa mudança no eixo rotacional de um corpo giratório é chamada de precessão. Uma precessão tão rápida como a do V404 Cygni não foi vista antes em outros sistemas semelhantes.

Para explicar esse fenômeno, segundo os cientistas, é necessário usar um efeito da teoria geral da relatividade de Einstein. Essa teoria diz que objetos massivos como buracos negros distorcem o espaço e o tempo. Além disso, quando um objeto tão massivo está girando, sua influência gravitacional é tão intensa que atrai espaço e tempo com ele, um efeito chamado arrasto de quadro.

No V404 Cygni, o eixo de rotação do buraco negro está desalinhado do plano de sua órbita com a estrela. Isso faz com que o efeito de arrastamento de quadro deforme a parte interna do disco, e, em seguida, puxe a parte deformada com ela. Como os jatos se originam do disco interno ou do buraco negro, isso altera a orientação do jato, produzindo a oscilação observada.

“Este é o único mecanismo em que podemos pensar que pode explicar a rápida precessão que vemos no V404 Cygni. Você pode pensar nisso como a oscilação de um pião quando ele desacelera, só que neste caso, a oscilação é causada pela teoria geral da relatividade de Einstein”, acrescenta Miller-Jones.

Enquanto o disco de acreção do V404 Cygni tem cerca de 10 milhões de quilômetros de largura, Miller-Jones aponta que apenas os poucos milhares de quilômetros internos são deformados. Essa parte interna também é inflada por forte pressão de radiação em uma forma de rosca que precede como um corpo rígido.

Fotos instantâneas

As rápidas mudanças de direção dos jatos forçaram os astrônomos a mudar sua estratégia de observação. Normalmente, os astrônomos produzem uma única imagem usando dados coletados em várias horas, como uma exposição prolongada.

“Esses jatos estavam mudando tão rápido que em uma imagem de quatro horas vimos apenas um borrão”, conta na matéria do NRAO Alex Tetarenko, do Observatório do Leste Asiático com sede no Havaí. Para capturar estas mudanças bruscas, os pesquisadores fizeram 103 imagens individuais, cada uma com cerca de 70 segundos de duração, e as combinaram para fazer um filme.

O resultado, segundo Greg Sivakoff, da Universidade de Alberta, indica que um comportamento semelhante pode ser encontrado em outros objetos.

Ficamos chocados com o que vimos neste sistema – foi completamente inesperado. Encontrar esta novidade astronômica aprofundou nossa compreensão de como os buracos negros e a formação de galáxias podem funcionar. Nos fala um pouco mais sobre essa grande questão: “Como chegamos aqui?”, aponta.

O V404 Cygni chamou a atenção dos astrônomos primeiramente em 1938, quando passou por uma explosão, e foi considerado uma “estrela variável”. Outra explosão foi observada em 1989, e estudos posteriores revelaram uma explosão anteriormente despercebida em 1956.

O satélite Swift da NASA detectou uma nova explosão em 15 de junho de 2015, provocando um esforço de observação mundial. As observações do VLBA começaram em 17 de junho de 2015 e continuaram até 11 de julho daquele ano.

Ciberia // HypeScience / Science Alert / NRAO

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