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Uma ilustração do disco de acreção em torno de um buraco negro, com a região interna do disco oscilando. | Fonte: NASA
Os astrónomos observaram uma estrela oscilando na sua órbita em torno de um voraz buraco negro supermassivo que a está despedaçando e alimentando-se do seu material estelar. A observação é evidência de um fenômeno raro e evasivo chamado “Thirring precession” ou “frame arraste”, no qual um buraco negro girando rapidamente arrasta a própria estrutura do espaço e do tempo com seu movimento.
Está girando espaço-tempo surgiu primeiro Albert Einsteinteoria de 1915 teoria geral da relatividadeque previu que objetos com massa “deformam” a estrutura do espaço e do tempo (unificados como uma entidade única chamada espaço-tempo) e que a gravidade resultou desse efeito geométrico. Quanto maior a massa de um objeto, maior será sua influência no espaço-tempo e, portanto, maior será sua influência gravitacional. Em 1918, os físicos austríacos Josef Lense e Hans Thirring estabeleceram o conceito de objetos massivos e giratórios arrastando consigo o espaço-tempo usando a relatividade geral.
No entanto, desde então, este efeito tem sido difícil de observar pelos cientistas, o que significa que a nova investigação pode oferecer aos cientistas uma nova forma de estudar o spin. buracos negroscomo eles se alimentam, ou “agregam”, de material arrancado das estrelas durante perturbações de maré (TDEs), e como os TDEs causam poderosos fluxos, ou jatos.
“Nosso estudo mostra a evidência mais convincente até agora da precessão de Lense-Thirring – um buraco negro arrastando consigo o espaço-tempo, da mesma forma que um pião pode arrastar água ao seu redor em um redemoinho”, disse Cosimo Inserra, membro da equipe, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, em um comunicado. “Este é um verdadeiro presente para os físicos porque confirmamos previsões feitas há mais de um século. Não só isso, mas estas observações também nos dizem mais sobre a natureza do TDE – quando uma estrela é dilacerada pelas enormes forças gravitacionais exercidas pelo buraco negro.”
Fique atento às flutuações
A equipe começou a estudar a precessão de Lense-Thirring examinando o TDE, designado AT2020afhd, usando dados de raios X coletados pelo Observatório Neil Gehrels Swift (Swift) da NASA e observações de ondas de rádio do Very Large Karl G. Jansky Array (VLA) da Terra.
A TDE ocorre quando uma estrela se aproxima demasiado de um buraco negro supermassivo, e a enorme influência gravitacional deste titã espacial, que pode ter a massa de milhares de milhões de sóis, gera forças de maré no interior da estrela que a comprimem horizontalmente enquanto a estica verticalmente. Este processo, denominado espaguetificação, cria um fio de massa estelar que envolve o buraco negro como massa em torno de um garfo, criando uma nuvem achatada chamada disco de acreção.
O material do disco de acreção está gradualmente sendo alimentado no buraco negro, mas os titãs dominantes da galáxia estão notoriamente devorando a bagunça, e parte do material está sendo desviado dos pólos dos buracos negros por poderosos campos magnéticos. A partir daí, esse material é ejetado no ar na forma de jatos gêmeos de plasma a velocidades próximas à da luz.
Tanto o disco de acreção destes buracos negros produtores de TDE como os jatos que irrompem irradiam intensamente através do espectro eletromagnético e, como estas emissões vêm diretamente de fora do buraco negro, devem ser influenciadas pela precessão de Lense-Thirring. Este efeito se traduz no “balanço” da órbita do material 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 deste TDE, o que sugeriu que o disco de acreção e o jato estavam a balançar em uníssono, com este movimento a repetir-se a cada 20 dias terrestres.
“Ao contrário dos TDEs estudados anteriormente, que emitem um sinal de rádio constante, o sinal AT2020afhd mostrou mudanças de curta duração que não conseguimos atribuir à libertação de energia do buraco negro e dos seus componentes circundantes,” continuou Inserra. “Isto confirmou ainda mais o efeito de arrasto nas nossas mentes e oferece aos cientistas um novo método para estudar buracos negros.”
Ao modelar dados de Swift e VLA, a equipe conseguiu confirmar que essas diferenças se deviam ao arrastamento de quadros. Uma análise mais aprofundada destes resultados poderá ajudar os cientistas a compreender melhor a física por detrás do efeito Lense-Thirring.
“Ao mostrar que um buraco negro pode arrastar o espaço-tempo e causar arrastamento de quadros, também estamos começando a entender a mecânica desse processo”, disse Inserra. “Portanto, da mesma forma que um objeto carregado gera um campo magnético à medida que gira, vemos um objeto massivo girando – neste caso um buraco negro – gerando um campo gravitomagnético que influencia o movimento das estrelas e de outros objetos cósmicos próximos.
“É um lembrete para nós, especialmente durante a época de férias, quando olhamos com admiração para o céu noturno, que temos ao nosso alcance a capacidade de identificar objetos cada vez mais inusitados em todas as variedades e sabores que a natureza criou.”
Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados quarta-feira (10 de dezembro) na revista Progresso da ciência.
