Astrônomos observam um buraco negro distorcer o espaço

Em descobertas relatadas na Science Advances, cientistas descrevem as primeiras observações de um redemoinho em espaciotempo vinculado a um buraco negro em rápida rotação.

Primeiras evidências do arrasto de quadro de um buraco negro

Esse fenômeno é chamado de precessão de Lense-Thirring ou arrasto de quadro. Refere-se à maneira como um buraco negro rotativo torce o espaciotempo ao seu redor, puxando a matéria próxima, como estrelas, e fazendo seus caminhos balançarem.

A equipe de pesquisa foi liderada pelos Observatórios Astronômicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências, com o apoio da Universidade de Cardiff. Eles se concentraram em AT2020afhd, um evento de destruição de maré (TDE) onde uma estrela foi despedaçada por um buraco negro supermassivo.

À medida que a estrela era destruída, seus restos formaram um disco giratório ao redor do buraco negro. Desse disco, jatos intensos de material foram lançados a quase a velocidade da luz.

Um balanço cósmico de 20 dias observado em raios-X e rádio

Ao rastrear padrões repetidos em sinais tanto de raios-X quanto de rádio do evento, os pesquisadores descobriram que o disco e o jato estavam balançando juntos. O movimento se repetia em um ciclo de 20 dias.

Einstein propôs pela primeira vez a ideia por trás desse efeito em 1913, e ela foi posteriormente formulada matematicamente por Lense e Thirring em 1918. Essas novas medições apoiam uma previsão chave da relatividade geral e podem ajudar os cientistas a investigar a rotação de buracos negros, a física de acreção e como os jatos se formam.

Dr. Cosimo Inserra, leitor na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff e um dos co-autores do artigo, disse: “Nosso estudo mostra a evidência mais convincente até agora da precessão de Lense-Thirring – um buraco negro arrastando o espaço-tempo consigo, da mesma forma que um pião pode arrastar a água ao seu redor em um redemoinho.”

“Este é um verdadeiro presente para os físicos, pois confirmamos previsões feitas há mais de um século. Além disso, essas observações também nos fornecem mais informações sobre a natureza dos TDEs – quando uma estrela é despedaçada pelas imensas forças gravitacionais exercidas por um buraco negro.”

“Diferentemente de TDEs anteriores estudados, que apresentavam sinais de rádio estáveis, o sinal para AT2020afhd exibiu mudanças de curto prazo, que não conseguimos atribuir à liberação de energia do buraco negro e seus componentes circundantes. Isso confirma ainda mais o efeito de arrasto em nossas mentes e oferece aos cientistas um novo método para investigar buracos negros.”

Dados do Swift e do VLA, além de espectroscopia

Para identificar o sinal do arrasto de quadro, a equipe analisou observações de raios-X do Observatório Neil Gehrels Swift (Swift) e medições de rádio do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA).

Eles também examinaram a composição, estrutura e comportamento do material envolvido usando espectroscopia eletromagnética, o que os ajudou a descrever e identificar o efeito.

“Ao mostrar que um buraco negro pode arrastar o espaço-tempo e criar esse efeito de arrasto de quadro, estamos também começando a entender a mecânica do processo”, explica Dr. Inserra.

“Assim como um objeto carregado cria um campo magnético quando gira, estamos vendo como um objeto massivo em rotação – neste caso, um buraco negro – gera um campo gravitomagnético que influencia o movimento de estrelas e outros objetos cósmicos próximos.”

“É um lembrete para nós, especialmente durante a temporada festiva, enquanto olhamos para o céu noturno com admiração, que temos em nossas mãos a oportunidade de identificar objetos cada vez mais extraordinários em todas as variações e formas que a natureza produziu.”

O artigo, ‘Detecção da coprecessão disco-jato em um evento de destruição de maré’, foi publicado na Science Advances.