Astrônomos flagram renascimento de buraco negro

42 milhões anos-luz de distância, 20 milhões de vezes a massa do Sol e voltando à vida. Uma equipe de radioastrônomos, liderada por Dr Megan Argo de Jodrell Bank do centro de astrofísica, estão assistindo um anteriormente dormente buraco negro acordando em uma demonstração dramática do material caindo sobre ele pela primeira vez talvez em milhões de anos. Dr Argo publicou seu trabalho hoje (9 de julho) no Encontro Nacional de Astronomia em Cymru, Llandudno, País de Gales.

Quase todas as galáxias, incluindo a nossa, parecem ter um buraco negro em seu núcleo. Na maioria das vezes estes são tranquilos, com apenas sua gravidade invisível moldando seus arredores. Mas em cerca de 10% das galáxias, o buraco negro central é muito mais ativo, engolindo e cuspindo jatos gigantes. Pela primeira vez, o novo estudo mostra evidências convincentes de uma fase de 'ativação' em um buraco negro no centro da galáxia NGC 660, a 42 milhões anos-luz na constelação de Pisces.

NGC 660 é um exemplo impressionante no sistema de anéis polares na galáxia. Como na maioria das galáxias, existe um disco espesso de estrelas e gás. Mas a NGC 660 também hospeda um anel maior e muito menos denso de estrelas e nuvens de formação de estrelas menores, em órbita ao longo de seus pólos. Este anel adicional é pensado para ser os restos de um encontro no passado com outra galáxia que interrompeu os dois sistemas.

Em 2012, os astrônomos realizando uma pesquisa com o radiotelescópio de Arecibo em Porto Rico, perceberam que NGC 660 ficou de repente centenas de vezes mais brilhantes em apenas alguns meses. Galáxias normais não alteram seu brilho muito rapidamente já que elas estão em grandes sistemas feitos de muitos componentes individuais e (relativamente) pequenas em forma de estrelas, gás e poeira. Embora todos estes possam mudar drasticamente, o brilho médio de uma galáxia tende a ser muito estável.

Os resultados anteriores significam que um determinado objeto dentro da galáxia tem sofrido uma alteração significativa e tornasse muito mais brilhante, e o provável culpado é uma explosão da estrela, ou o buraco negro supermassivo central. Mas as observações de Arecibo só poderiam sugerir o que estava acontecendo.

Nos últimos três anos, uma equipe de cientistas liderada por Dr Argo tem sido arrastada através de resultados arquivados de telescópios na Terra e no espaço. Eles então usaram três observatórios de radio: o telescópio de MERLIN do Reino Unido operado de Jodrell Bank, a matriz de Westerbork na Holanda e o European VLBI Network (EVN), que também inclui telescópios na Rússia, China e África do Sul.

Pratos individuais de rádio possuem resolução muito baixa para que os astrônomos possam ligar telescópios amplamente espaçados juntos para simular um instrumento muito maior – uma técnica conhecida como interferometria. Com as diversas redes de telescópios, trabalhando desta forma, a equipe poderia então observar NGC 660 em detalhes.

As novas imagens mostram características de cerca de um ano de luz do outro lado, cerca de um quarto da distância entre o Sol e Alfa Centauri, a estrela mais próximo. Eles revelam uma fonte de rádio nova, muito brilhante no centro da NGC 660, onde esperava-se encontrar o buraco negro supermassivo central.

Buracos negros inativos não emitem grandes quantidades de radiação, então nós só podemos detectá-los por seus efeitos gravitacionais sobre as órbitas das estrelas em torno deles. Mas o buraco negro em NGC 660 agora é muitas centenas de vezes mais brilhantes do que qualquer coisa já vista no centro da NGC 660 no arquivo de imagens de rádio antes de 2010.

Dr Argo disse: "muitos exemplos de galáxias com buracos negros ativos já são conhecidos, muitas vezes com enormes jatos alongando-se em milhões de anos-luz no espaço intergaláctico. Mas NGC 660 é especial – pela primeira vez podemos ver esta atividade."

As observações de Westerbork deixem a equipe usar esta nova fonte de rádio forte para sondar as nuvens normalmente opacas do gás de hidrogênio dentro das galáxias, iluminando as nuvens para ver do que elas são feitos. Os resultados paralelos do MERLIN mostraram que o objeto está desaparecendo lentamente e é semelhante a outras galáxias com sistemas mais maduros, e as imagens de resolução mais alta da EVN mostram evidências de um jato de alta velocidade de material nas proximidades do buraco negro.

Material (gás, poeira e estrelas), perto de um buraco negro pode firmar-se em órbitas estáveis ao redor do objeto maciço central por um longo tempo, mas eventualmente perde energia, e cai em espiral no buraco negro. Ao mesmo tempo, algum material é ejetado e isto parece ter criado o jato agora visto em NGC 660.

Um mapa da região central da NGC 660 feito pela Rede Europeia de VLBI em outubro de 2013, que mostra a intensidade baixa (preto) a alta (branco). 1 é a localização do buraco negro, 2 é o jato que sai do sistema em relação a nós e 3 é pensado para ser um jato se afastando de nós. Crédito: Megan Argo / JCBA

O material do jato é muito rápido, viajando a cerca de 10% da velocidade da luz. Dr Argo explicou: "nada na Terra tem algo como a energia de um jato deixando um buraco negro gigante. Como ele se move tão rapidamente, poderemos assistir o material viajando para fora ao longo dos próximos anos e medir sua velocidade e energia. A grande questão é se tem energia suficiente para vencer a gravidade e abrir o seu caminho para fora da galáxia, ou se ele irá fracassar nessa "missão". 

Estudar o jato dará aos astrônomos uma pista sobre sua erupção inicial e a quantidade de material que caiu no buraco negro para causar a explosão em primeiro lugar.

Traduzido e adaptado de Phys.org