Astrofísico detecta luz por trás de um buraco negro pela primeira vez

Ao observar raios-X lançados no universo pelo buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia a 800 milhões de anos-luz de distância, Dan Wilkins, astrofísico da Universidade de Stanford, percebeu um padrão intrigante.

Wilkins observou uma série de clarões de raios-X – excitantes, mas não sem precedentes — e então, os telescópios registraram algo inesperado: flashes adicionais de raios-X que eram menores, posteriores e de “cores” diferentes dos clarões.

De acordo com a teoria, esses ecos luminosos eram consistentes com os raios-X refletidos por trás do buraco negro — mas até mesmo uma compreensão básica dos buracos negros nos diz que esse lugar de onde a luz vem é estranho.

“Qualquer luz que entra naquele buraco negro não sai, então não devemos ser capazes de ver nada que esteja por trás do buraco negro”, disse Wilkins, que é um cientista pesquisador do Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia em Stanford e SLAC National Accelerator Laboratory.

É outra característica estranha do buraco negro, no entanto, que torna essa observação possível. “A razão pela qual podemos ver isso é porque aquele buraco negro está deformando o espaço, dobrando a luz e torcendo os campos magnéticos em torno de si mesmo”, explicou Wilkins.

A descoberta, detalhada em um artigo publicado nesta quarta-feira (28) pela revista Nature, é a primeira observação direta da luz por trás de um buraco negro — um cenário que foi previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, mas nunca confirmado, até agora.

“Cinquenta anos atrás, quando os astrofísicos começaram a especular sobre como o campo magnético poderia se comportar perto de um buraco negro, eles não tinham ideia de que um dia poderíamos ter as técnicas para observar isso diretamente e ver a teoria geral da relatividade de Einstein em ação”, disse Roger Blandford, um co-autor do artigo e professor na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e professor de física de partículas no SLAC.

Como ver um buraco negro

A motivação original por trás dessa pesquisa era aprender mais sobre uma característica misteriosa de certos buracos negros, chamada de coroa. O material que cai em um buraco negro supermassivo alimenta as fontes de luz contínuas mais brilhantes do universo e, ao fazê-lo, forma uma coroa ao redor do buraco negro. Essa luz — que é a luz de raios-X — pode ser analisada para mapear e caracterizar um buraco negro.

A principal teoria do que é uma coroa começa com o gás deslizando para o buraco negro, onde superaquece a milhões de graus. Nessa temperatura, os elétrons se separam dos átomos, criando um plasma magnetizado. Preso na poderosa rotação do buraco negro, o campo magnético se arqueia tão alto acima do buraco negro, e gira tanto sobre si mesmo, que eventualmente se quebra completamente — uma situação tão reminiscente do que acontece ao redor de nosso próprio Sol que tomou emprestado o nome “coroa”.

“Este campo magnético sendo amarrado e então se aproximando do buraco negro aquece tudo ao seu redor e produz esses elétrons de alta energia que então passam a produzir os raios-X”, disse Wilkins.

Quando Wilkins olhou mais de perto para investigar a origem das chamas, ele viu uma série de flashes menores. Estes, os pesquisadores determinaram, são os mesmos raios-X, mas refletidos da parte de trás do disco — um primeiro vislumbre do outro lado de um buraco negro.

“Há alguns anos venho construindo previsões teóricas de como esses ecos aparecem para nós”, disse Wilkins. “Eu já os tinha visto na teoria que vinha desenvolvendo, então assim que os vi nas observações do telescópio, pude descobrir a conexão.”

Observações futuras

A missão de caracterizar e compreender as coroas continua e exigirá mais observação. Parte desse futuro será o observatório de raios-X da Agência Espacial Europeia, o Athena (Telescópio Avançado para Astrofísica de Alta Energia). Como membro do laboratório de Steve Allen, professor de física em Stanford e de física de partículas e astrofísica no SLAC, Wilkins está ajudando a desenvolver parte do detector Wide Field Imager para Athena.

“Ele tem um espelho muito maior do que jamais tivemos em um telescópio de raios-X e nos permitirá obter imagens de maior resolução em tempos de observação muito mais curtos”, disse Wilkins. “Portanto, a imagem que estamos começando a obter dos dados no momento ficará muito mais clara com esses novos observatórios.”

Os co-autores desta pesquisa são da Saint Mary’s University (Canadá), do Instituto Holandês de Pesquisas Espaciais (SRON), da Universidade de Amsterdã e da Universidade Estadual da Pensilvânia.

Com informações da phys.org*