Astrofísicos descobrem pontos quentes próximo ao buraco negro central da Via Láctea

As explosões recentemente observadas perto do coração supermassivo da nossa galáxia podem levar a descobertas revolucionárias

A descoberta de “pontos quentes” oscilantes circundando o ralo de um enorme buraco negro oferece uma nova e excitante evidência para o gigante que fica no centro de nossa galáxia - e o líder do estudo compartilha como 13 anos de observações finalmente foram recompensados.

O novo estudo, envolvendo o trabalho de Avery Broderick, um astrônomo da Universidade de Waterloo, em Ontário, Canadá, revelou três labaredas, ou focos visuais, emanando do buraco negro central da Via Láctea, também conhecido como Sagitário A *.

A equipe detectou uma oscilação das emissões provenientes das explosões, permitindo que os cientistas detectassem o disco de acreção - uma massa crescente de gás orbital e detritos - em torno do próprio buraco negro. Por sua vez, os pesquisadores puderam usar as emissões para mapear o comportamento de Sagitário A*, disse Broderick à Space.com. 

A teoria do buraco negro de Broderick baseou-se em pesquisas anteriores de duas equipes que estudaram o centro galáctico da Via Láctea no infravermelho próximo. Isso incluiu o trabalho de Reinhard Genzel, um astrônomo do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, Alemanha, bem como os pesquisadores Andrea Ghez e Mark Morris, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Na época, o trabalho deles revelou que o centro da Via Láctea não era estável, mas em vez disso se iluminava drasticamente uma vez por dia por cerca de 30 ou 40 minutos, disse Broderick.

Pesquisadores acreditam que buracos negros supermassivos existem no centro da maioria, se não de todas, grandes galáxias. Portanto, em 2005, enquanto trabalhava ao lado do pesquisador Avi Loeb no Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Broderick argumentou que um clareamento periódico observado no coração da Via Láctea, também conhecido como um clarão infravermelho brilhante, era o resultado de um objeto incrivelmente massivo, como um buraco negro.

Esta teoria foi ainda apoiada pela evidência de um grupo de estrelas muito brilhante e denso chamado aglomerado estelar nuclear que circunda a região central da Via Láctea. Além disso, observações de infravermelho mostraram que as estrelas no centro da galáxia orbitam um objeto escuro estimado em 4 milhões de massas solares, sugerindo novamente a presença de um buraco negro, disse Broderick. 

Mesmo assim, não havia dados suficientes para provar que um buraco negro realmente existe no centro da Via Láctea, acrescentou Broderick - até agora. 

COMPORTAMENTO REPENTINO 

As três tochas que a equipe de Broderick detectou recentemente emanam da região central da Via Láctea e são o produto das lentes gravitacionais do buraco negro, disse Broderick.

“O buraco negro atua como a lente de um farol. [Há] uma região de emissão localizada, mas não é o brilho repentino da própria região de emissão que causa a explosão ”, disse Broderick. Em vez disso, a gravidade do buraco negro dobra a luz da emissão e amplia-a para nós vermos. “Isso é o que é responsável pela queima - a manifestação da extrema gravidade.” 

Com base nisso, Broderick e Loeb previram originalmente que objetos embutidos no disco de acreção ao redor de Sagitário A* exibiriam uma oscilação distinta em suas emissões infravermelhas devido ao movimento orbital em torno do buraco negro. Os pesquisadores publicaram sua teoria em um artigo de 2005, bem como um estudo de acompanhamento de 2006. No entanto, na época, a tecnologia ainda não estava disponível para detectar essa oscilação, disse Broderick. 

Tudo isso mudou com o lançamento do instrumento GRAVITY no Very Large Telescope do European Southern Observatory em 2016. A precisão e a sensibilidade do instrumento GRAVITY ajudaram os astrônomos a detectar uma oscilação nas emissões provenientes dos três foguetes no disco de acreção circundando Sagitário A*. Suas descobertas foram publicadas em 18 de outubro na revista Astronomy & Astrophysics. 

"Embora as labaredas já sejam vistas há muito tempo, a principal descoberta aqui é a oscilação característica das tochas", o que indica que o material que produz essas tochas está se movendo em torno de um buraco negro, disse Broderick.

As explosões observadas perto de Sagitário A* ocorrem quando linhas de campo magnético próximas ao buraco negro se separam e se reconectam. Este processo, também conhecido como reconexão magnética, libera grandes quantidades de energia e partículas carregadas, causando o brilho revelador. As emissões de infravermelho das explosões exibem uma oscilação característica devido ao movimento orbital em torno do buraco negro. Especificamente, à medida que outras emissões embutidas no fluxo de acreção se movem ao redor do centro da galáxia, o centro da luz se desloca, ou “oscila”, disse Broderick. 

O material circulando do lado de fora do horizonte de eventos do buraco negro gira em torno de um terço da velocidade da luz. O período orbital do flare - o tempo que leva para completar uma órbita - é o mesmo que o da oscilação, que os astrônomos observavam uma vez a cada 40 a 50 minutos. A escala de tempo curto é um resultado da força da gravidade do buraco negro e sugere que o material está orbitando incrivelmente perto do buraco negro, disse Broderick. 

“Treze anos atrás, nossa declaração era de que essas erupções estavam associadas à variabilidade estrutural [do centro galáctico] e que poderíamos usar essa variabilidade estrutural para dizer algo sobre a relatividade geral e a forte gravidade”, disse Broderick. “O mais emocionante é que essa declaração parece ser verdadeira”. 

PROVANDO QUE HÁ UM BURACO NEGRO 

A oscilação das emissões provenientes das chamas não é o único sinal que sugere que um buraco negro supermassivo está no coração da Via Láctea. Não há dúvida de que um objeto supermassivo com uma massa de cerca de 4 milhões de vezes a do Sol está localizado em nosso núcleo galáctico, mas provar que é um buraco negro tem sido um desafio. 

No entanto, o centro da galáxia é também o lar de um aglomerado de estrelas nucleares com mais de 500.000 estrelas. Baseado na teoria da relatividade geral de Albert Einstein, os astrônomos são capazes de estimar a massa do objeto à espreita no centro da Via Láctea medindo a velocidade das estrelas em órbita e do gás. Isso reforça ainda mais a ideia de que o objeto de 4 milhões de massa solar é um buraco negro supermassivo, disse Broderick. 

"Não há outro objeto que sabemos que poderia sustentar toda essa massa em uma configuração tão compacta e não entrar em colapso", disse Broderick. “Se não for um buraco negro, então teria que ser algo extraordinariamente exótico e fora do reino do que entendemos hoje.” 

Além disso, observações revelaram que o material realmente desaparece do nosso centro galáctico. À medida que esse material é atraído para dentro em direção a esse centro, ele fica preso no disco de acreção crescente do buraco negro. Enquanto a maior parte da matéria no disco de acreção orbita com segurança ao redor do Sagitário A *, o material que fica muito próximo corre o risco de ser arrastado além do horizonte de eventos, o ponto além do qual ele não pode escapar da atração gravitacional do buraco negro. Os pesquisadores podem ver a fricção criada pelo material que flui em direção ao horizonte de eventos, fazendo com que o material se ilumine, disse Broderick. 

“Temos esse material que sabemos que está caindo em direção a um buraco negro, porque vemos sua luminosidade de acreção, mas não vemos a luminosidade de impacto correspondente. Portanto, deve estar desaparecendo em algum lugar ”,  disse Broderick.

A presença de um horizonte de eventos além do qual se encontra um buraco negro é, portanto, a explicação mais lógica para o comportamento observado em nosso centro galáctico, disse Broderick.

"É extremamente emocionante em um nível pessoal para ver uma previsão realmente dar certo", disse Broderick. “Eu acho que isso marca um momento na história da ciência, onde buracos negros estão indo de algo de curiosidade para algo que é fundamentalmente real”.

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