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Um novo giro em buracos negros supermassivos
É uma descoberta que tem implicações abrangentes sobre como os buracos negros se formam, como crescem e como a forma do universo como o conhecemos passou a existir.
Por Jim Shelton - 27/09/2020


Esta imagem do Hubble Ultra Deep Field revela uma amostra aleatória de quase 10.000 galáxias, incluindo algumas das mais distantes já encontradas. Ele foi combinado a partir de 800 exposições separadas com a Câmera Avançada para Pesquisas do Telescópio Espacial Hubble ao longo de 400 órbitas do Hubble ao redor da Terra, no período de 24 de setembro de 2003 e 16 de janeiro de 2004. (Crédito: NASA, ESA e S . Beckwith [STScI] e a equipe HUDF)

Uma nova pesquisa observacional sugere que os buracos negros supermassivos - os objetos misteriosos que engolem luz no coração de quase todas as grandes galáxias - estão girando como loucos.

É uma descoberta que tem implicações abrangentes sobre como os buracos negros se formam, como crescem e como a forma do universo como o conhecemos passou a existir.
A pesquisa aparece em um novo estudo aceito para publicação no Astrophysical Journal.

“ Esta não é a palavra final sobre o crescimento de buracos negros, mas é um grande passo em frente”, disse a primeira autora do estudo, Tonima Ananna, ex-estudante de pós-graduação em Yale que agora é pesquisadora de pós-doutorado no Dartmouth College. Seu orientador de doutorado foi  Meg Urry , professora de física e astronomia israelense de Yale e autora sênior do estudo.

Um buraco negro é um ponto no espaço onde a matéria é compactada com tanta força que cria uma gravidade intensa. Essa gravidade é forte o suficiente para que nem mesmo a luz escape de sua atração. Um buraco negro pode ser tão pequeno quanto um único átomo ou tão grande quanto bilhões de milhas de diâmetro.

Os buracos negros têm duas propriedades críticas: sua massa e sua taxa de rotação. No entanto, não se sabe muito sobre esse giro. Nos últimos anos, os spins foram estimados para alguns buracos negros individuais, mas esta é a primeira vez que os cientistas foram capazes de avaliar o spin de toda a população de buracos negros supermassivos (SMBHs), com base em uma amostra representativa.

“ Nosso trabalho dá uma prescrição precisa para esse perfil de injeção de energia, tudo validado por dados experimentais”, disse Ananna. “Não é mais uma suposição.”


Um buraco negro giratório é ligeiramente achatado em comparação com um buraco negro que não gira, explicaram os pesquisadores. Isso permite que o gás em queda se aproxime do buraco negro antes de desaparecer dentro dele, convertendo mais de sua energia em radiação.

Urry, Ananna e seus colegas observaram a eficiência de acúmulo de SMBHs de crescimento rápido usando quatro satélites espaciais de raios-X: Chandra, XMM-Newton, NuSTAR e Swift-BAT. Eles compararam a luz de raios-X com a massa total em SMBHs hoje e descobriram que a matéria desenhada em SMBHs convertida em radiação com alta eficiência. Isso implica que a maioria das SMBHs deve estar girando rapidamente, disseram os pesquisadores.

“ O giro rápido sugere que os buracos negros supermassivos crescem principalmente pelo acréscimo de gás que atraem, em vez de se fundirem com outros buracos negros”, disse Urry. “As teorias atuais presumem que ambas as fusões e acréscimos aumentam a massa do buraco negro, mas quase não há restrições sobre quanto de ambos. Agora temos evidências observacionais. ”

O novo estudo também oferece importantes insights sobre uma fase-chave do início do universo.

Os astrônomos sabem que, por centenas de milhares de anos após o Big Bang, o gás difuso distribuído por todo o universo foi eletricamente carregado, ou ionizado. Mas como esse gás - principalmente hidrogênio - esfriou, os átomos perderam sua ionização. Por quase um bilhão de anos após esse resfriamento, o universo permaneceu neutro, o que significa que seus átomos estavam equilibrados entre cargas elétricas positivas e negativas.

“ Como a luz é facilmente absorvida por átomos neutros, não podemos olhar para trás naquele tempo. Somente depois que o universo estiver quase totalmente ionizado podemos ver a luz das primeiras estrelas, galáxias e buracos negros em crescimento ”, disse Urry. 

“ Entre outras coisas, isso nos impede de observar muito daquela época, porque qualquer luz das primeiras estrelas ou galáxias é absorvida pelo hidrogênio neutro”, acrescentou Urry. “É como uma cortina que não podemos ver atrás. Mas, uma vez que havia estrelas suficientes, o hidrogênio se ionizou e as partes mais próximas do universo tornaram-se visíveis. ”

O novo estudo descobriu que estrelas jovens, e não buracos negros de acréscimo, foram as principais responsáveis ​​pela reionização do universo.

Os pesquisadores adicionaram toda a luz criada por buracos negros de acréscimo, rastreados pelos dados de raios-X. Totalizou menos de 10% da luz necessária para a reionização. “Nosso trabalho exclui buracos negros como contribuidores maiores”, disse Urry.

Urry e Ananna disseram que o trabalho de sua equipe ajudará os teóricos a construir novos modelos cosmológicos que rastreiam a evolução das galáxias nos últimos 13 bilhões de anos. Esses modelos baseiam-se na compreensão de quanta energia os buracos negros que se acumulam depositam em suas galáxias hospedeiras.

“ Nosso trabalho dá uma prescrição precisa para esse perfil de injeção de energia, tudo validado por dados experimentais”, disse Ananna. “Não é mais uma suposição.”

A National Science Foundation e a NASA ajudaram a financiar a pesquisa do grupo.

 

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