Astrofísicos descobrem o que acontece com as estrelas quando caem em um buraco negro supermassivo

Quando as estrelas são engolidas por um buraco negro supermassivo, elas apagam como uma vela ou colidem com uma superfície sólida? A primeira opção defende a relatividade geral como ela é, enquanto o segundo conta com uma versão modificada desta teoria famosa. Agora, um grupo de astrônomos descobriu uma maneira de estudar o que acontece no horizonte de eventos de um buraco negro, mesmo que não haja imagens desta região do espaço. Suas descobertas? A relatividade geral está mais uma vez correta.

Quando as estrelas ficam muito perto de um buraco negro, elas produzem um "gemido", e não um estrondo.

Pawan Kumar da Universidade do Texas em Austin, junto com seu aluno de graduação Wenbin Lu e o seu colega Ramesh Narayan do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, encontrou uma maneira original para determinar exatamente o que acontece com estrelas quando elas se aproximam de objetos extremamente massivos - ou seja, buracos negros. Seus resultados são publicados no Monthly Notices da Royal Astronomical Society

´

.

Quase todas as galáxias no Universo, incluindo a nossa, tem um objeto maciço central. Estes objetos maciços são assumidos como buracos negros supermassivos de vários milhões ou até bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Isto é porque, de acordo com a relatividade geral, os objetos de uma certa massa podem não ser mantidos por qualquer força conhecida, e, assim, entram em colapso em buracos negros.

Os buracos negros são singularidades com nenhuma área de superfície física, cercados por um horizonte de eventos. O horizonte de eventos age como uma membrana unidirecional - o material pode cair em direção ao buraco negro, mas uma vez que ele passa o horizonte de eventos, já não pode enviar luz que é visível para o resto do universo porque a gravidade do buraco negro puxa a luz de volta para si mesmo. Uma vez passado o horizonte de eventos, o material, em essência, desaparece de vista.

Mas e se a relatividade geral não for muito correta? E se, em vez disso, estes objetos maciços centrais não entram em colapso até um ponto? Se fosse esse o caso, o horizonte de eventos que têm propriedades diferentes. Kumar e seus colegas teorizaram que, se o objeto maciço central não é um buraco negro, então o “horizonte de eventos” não agiria como uma membrana de sentido único, mas como uma espécie de superfície sólida contra a qual qualquer material iria esmagar. Isso produziria um efeito visível a medida que o gás da estrela se iluminou como resultado da colisão, envolvendo o objeto massivo e brilhante visivelmente por meses ou mesmo anos.

“Nosso ponto aqui é transformar essa ideia de um horizonte de eventos em uma ciência experimental, e descobrir se horizontes de eventos realmente existem ou não”, disse Kumar em um comunicado de imprensa anunciando seus resultados.

Para testar essas ideias concorrentes, a equipe virou-se para observações feitas com o telescópio de 1,8 metros Pan-STARRS no Havaí ao longo de 3,5 anos. Ao calcular quantas estrelas devem cair em buracos negros supermassivos no universo próximo, o grupo poderia determinar quantos eventos devem ver ao longo dos 3,5 anos que a pesquisa estava ativo. Se eles vissem sinais deste brilho teorizado, isso seria um sinal de que o horizonte de eventos é sólido; se não, isso significaria que a relatividade geral está correta, e as estrelas simplesmente passam o horizonte de eventos e se escurecem.

“Dada a taxa de estrelas caindo em buracos negros e a densidade número de buracos negros no universo próximo, calculamos quantos tais BN transientes o Pan-STARRS deveria ter detectado durante um período de operação de 3,5 anos. Ele deveria ter detectado mais de 10 deles, se a teoria de superfície dura for verdade “, explicou Lu.

Atualmente, os telescópios não são capazes de sondar a região imediatamente em torno de um objeto compacto para observar diretamente o horizonte de eventos e suas propriedades. Mas os astrônomos estão constantemente empurrando os limites de seus instrumentos, em busca de melhores imagens de buracos negros, mais de perto.

O Event Horizon Telescope, uma combinação de vários observatórios, fez suas primeiras observações sobre a área circundante um buraco negro supermassivo em abril, embora esses dados ainda estão sujeitos a tratamento e avaliação da imagem.

O Grande Large Synoptic Survey Telescope, atualmente em construção, irá realizar pesquisas como as tomadas feitas com o telescópio Pan-STARRS, mas com significativamente maior sensibilidade a eventos como o brilho que seriam deixados para trás por colisões com um horizonte de eventos de superfície sólida.

Devido a esta falta de evidência direta, o horizonte de eventos permaneceu misterioso na natureza. E de acordo com Kumar, “Nossa motivação não é tanto para confirmar que há uma superfície dura, mas para empurrar a fronteira do conhecimento e encontrar provas concretas de que realmente há um horizonte de eventos em torno de buracos negros."

Depois de debruçar através dos dados retornados do telescópio Pan-STARRS, o grupo de Kumar não encontrou nenhuma assinatura “pós brilho” de quaisquer colisões.

Neste caso, a falta de sinal é uma coisa boa, se você apoiar-se na relatividade geral. Disse Narayan, “Nosso trabalho sugere que alguns, e talvez todos, os buracos negros têm horizontes de eventos e que o material realmente desaparece do universo observável quando puxado para estes objetos exóticos, como já esperado por décadas. A relatividade geral passou mais um teste crítico.”

Traduzido e adaptado de Astronomy