Buraco negro se dobra 'como um bumerangue' para escapar da luz

Mesmo a luz não consegue resistir à atração desses objetos cósmicos irresistíveis.

(Imagem: © ESO / L. Calçada)

A luz que sai de um buraco negro pode "bumerangue" para a liberdade, revelam novas imagens de raios-X.

Os pesquisadores descobriram esse comportamento estranho ao revisar observações de raios-X de um buraco negro que é aproximadamente 10 vezes mais massivo que o nosso sol. Localizado a cerca de 17.000 anos-luz da Terra, o buraco negro sifona material de uma estrela parceira; juntos, o buraco negro e a estrela são conhecidos como XTE J1550-564.

As coisas podem ficar bem estranhas em torno de um buraco negro. Esses objetos cósmicos excepcionalmente densos exercem uma força gravitacional tão poderosa que nem a luz consegue resistir à sua atração. Recentemente, os cientistas descobriram que a luz se comporta de maneira ainda mais estranha em torno de um buraco negro do que se pensava. A luz no disco de acréscimo de um buraco negro - uma nuvem achatada e achatada de poeira e gás que circula as bordas de um buraco negro - às vezes pode escapar para o espaço. Mas a luz que partiu do buraco negro XTE J1550-564 não seguiu o caminho previsível. Em vez de escapar diretamente do disco, a luz foi puxada de volta para o buraco negro e depois refletida no disco e afastada do buraco negro "como um bumerangue", relataram pesquisadores em um novo estudo.

Eles modelaram o disco de acresção do buraco negro e sua coroa - uma zona de gás de densidade mais baixa muito próxima ao buraco negro - usando dados capturados pelo Rossi X-ray Timing Explorer, uma missão de satélite da NASA agora extinta que investigava buracos negros, estrelas de nêutrons e outros objetos emissores de raios-X entre 1995 e 2012.

"Normalmente, o que estudamos é a luz que sai desse gás" - a coroa - "e sai do disco que está espiralando em direção ao buraco negro", disse a principal autora do estudo, Riley Connors, pesquisadora de pós-doutorado em física no Instituto da Califórnia. do Centro Cahill de Tecnologia para Astronomia e Astrofísica em Pasadena, Califórnia.

Normalmente, a equipe estuda a luz "vinda dessa coroa e atingindo o disco, saltando e chegando aos nossos telescópios. Isso é algo que estudamos há muito tempo", disse Connors à Live Science.

Dessa vez, no entanto, parte da luz refletida no disco do buraco negro parecia originar-se no próprio disco, e não na coroa; foi então arrastado de volta para o buraco negro antes de se afastar.

"O que descobrimos, previsto na década de 1970, é que você pode ver a luz que vem do disco dobrada de volta para si mesma", disse Connors. 

A luz de diferentes regiões ao redor do buraco negro tem assinaturas distintas de raios-X que informam aos cientistas de onde a luz veio. Quando os autores do estudo analisaram os dados do XTE J1550-564, eles viram luz refletida no buraco negro, mas tinham "impressões digitais" de emissão que não eram exatamente iguais às da luz que vinha da coroa, disse Connors. Os pesquisadores então se voltaram para modelos de computador para explicar a anomalia.

Esta ilustração mostra como parte da luz proveniente de um disco em torno de um buraco negro é curvada de volta para o próprio disco devido à gravidade do buraco negro; a luz é refletida novamente no disco. (Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (IPAC) / R. Connors (Caltech))

Colocando uma nova rotação nos buracos negros

Essa descoberta pode ajudar os cientistas a confirmar outros aspectos esquivos dos buracos negros, como a rapidez com que eles giram. Os pesquisadores já entendem como se comporta um disco de acúmulo em torno de um buraco negro. Ao adicionar essa luz bumerangue aos seus modelos de computador, os astrofísicos podem calcular a velocidade de rotação de um buraco negro com base na quantidade de luz que está curvando e voltando, explicou Connors.

"Talvez seja uma maneira mais confiável de medir a rapidez com que os buracos negros estão girando", disse ele." 

Embora esse fenômeno tenha sido documentado até o momento apenas no sistema XTE J1550-564, este provavelmente não é o único buraco negro em que a luz realiza essas proezas ginásticas incomuns, disse Connors.

"Estamos começando a analisar dados de outros buracos negros; temos dados de vários satélites de raios X para dezenas desses sistemas em nossa própria galáxia", afirmou. "Pensamos que deveríamos ver isso em muitas outras fontes".

Os resultados foram publicados on-line em 20 de março no The Astrophysical Journal .