O Telescópio Espacial Hubble é como um cão velho que constantemente ensina à comunidade astronômica novos truques. No decorrer de seus quase trinta anos de operação, ele revelou dados vitais sobre a expansão do Universo, sua idade, a Via Láctea, os buracos negros supermassivos (SMBHs), outros sistemas estelares e exoplanetas, e os planetas do Sistema Solar. .
Mais recentemente, uma equipe internacional de pesquisadores usando o Hubble fez uma descoberta que não era apenas fascinante, mas inteiramente inesperada. No coração da galáxia espiral NGC 3147, eles avistaram um disco fino de gás que estava precariamente próximo a um buraco traseiro, que tem cerca de 250 milhões de massas solares. A descoberta foi uma surpresa completa, já que o buraco negro era considerado pequeno demais para ter essa estrutura em volta.
Localizada a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, a NGC 3147 é uma galáxia espiral com uma SMBH relativamente pequena em seu núcleo. As coisaséDe acordo com as teorias astronômicas atuais, um buraco negro desse tamanho não deveria ter um disco orbitando-o. No entanto, uma vez que o disco orbita tão perto do Horizonte de Eventos desta SMBH, ele apresenta aos astrônomos uma oportunidade de testar as teorias de Einstein da Relatividade Geral e Especial
A impressão artística do caminho da estrela S2, ao passar muito perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Crédito: ESO / M. Kornmesser
Como Stefano Bianchi - um pesquisador da Università degliStudi Roma Tre e autor principal do estudo - explicou em uma recente NASA Hubble comunicado de imprensa :
“Esta é uma espiada intrigante em um disco muito próximo a um buraco negro, tão próximo que as velocidades e a intensidade da atração gravitacional estão afetando a aparência dos fótons de luz. Não podemos entender os dados a menos que incluamos as teorias da relatividade ”.
Em galáxias menores, como a NGC 3147, não é suposto haver material capturado gravitacionalmente suficiente para alimentar seus SMBHs regularmente - efetivamente tornando-os “buracos negros desnutridos”. Como tal, a pequena quantidade de material infalível que eles consomem é susceptível de inflar e formar um toro em forma de anel, em vez de achatar em um disco fino.
Foi, portanto, bastante surpreendente ver um disco circundando o buraco negro em NGC 3147 que se assemelha aos mais poderosos encontrados em torno de SMBHs muito maiores no centro de galáxias extremamente ativas. Como Ari Laor, do Technion-Israel Institute of Technology, explicou :
“Achamos que este foi o melhor candidato para confirmar que, abaixo de certas luminosidades, o disco de acréscimo não existe mais. O que vimos foi algo completamente inesperado. Encontramos gás em movimento produzindo recursos que só podemos explicar como sendo produzidos por material girando em um disco fino bem próximo ao buraco negro. ”
Ilustração de um buraco negro supermassivo, rodeado por um entulhodisco. Crédito: NRAO / AUI / NSF
Essas observações foram particularmente surpreendentes, pois a equipe de pesquisadores inicialmente selecionou a NGC 3147 para validar modelos aceitos de galáxias. Estes modelos prevêem que os discos de acreção se formam quando o gás é capturado por uma força gravitacional do SMBH. À medida que os discos ganham velocidade a partir da velocidade rotacional do buraco negro, eles começam a emitir luz intensa, produzindo um nuclear brilhante conhecido como quasar.
No entanto, uma vez que menos material é puxado para o disco, ele começa a quebrar e se torna mais fraco. Quando a equipe olhou para a NGC 3147, eles esperavam ver uma galáxia ativa de baixa luminosidade com um buraco negro desnutrido. Como Bianchi explicou :
“O tipo de disco que vemos é um quasar reduzido que não esperávamos existir. É o mesmo tipo de disco que vemos em objetos que são 1.000 ou até 100.000 vezes mais luminosos. As previsões dos modelos atuais de dinâmica de gás em galáxias ativas muito fracas falharam claramente. ”
Como notado, porque o disco está tão profundamente embutido no intenso campo gravitacional do buraco negro, a luz do disco de gás é modificada de acordo com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Esta teoria descreve como a curvatura do espaço-tempo é alterada na presença de um campo gravitacional, que pode até afetar o comportamento da luz (que é descrito pela Teoria da Relatividade Especial de Einstein).
Impressão artística do disco NGC 3147. Crédito: ESA / Hubble
Com base em suas observações com o Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial do Hubble (STIS), a equipe determinou que o material no disco estava se movendo a mais de 10% da velocidade da luz. Nessas velocidades extremas, o material no disco pareceu brilhar enquanto se deslocava para a Terra de um lado e diminuía à medida que se afastava do outro (um efeito conhecido como irradiação relativista).
As observações do Hubble também mostraram que o gás está tão embebido no poço gravitacional do buraco negro que o comprimento de onda da luz está sendo esticado, fazendo com que pareça mais vermelho. Graças à resolução nítida da STIS, a equipe conseguiu isolar a luz fraca proveniente da região do buraco negro e bloquear a luz contaminante. Como Chiaberge disse:
“Sem o Hubble, não poderíamos ver isso porque a região do buraco negro tem baixa luminosidade. As luminosidades das estrelas da galáxia superam qualquer coisa no núcleo. Então, se você observar a partir do chão, você é dominado pelo brilho das estrelas, que afoga a emissão fraca do núcleo.
A equipe espera aproveitar esta última descoberta usando o Hubble para procurar discos compactos semelhantes em torno de buracos negros de baixa luminosidade. Se bem sucedidas, as descobertas resultantes fornecerão aos astrônomos oportunidades adicionais de ver a relatividade em ação.
O estudo que descreve as observações da equipe apareceu recentemente nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society .
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