Os padraµes de alimentação dos buracos negros oferecem uma visão de seu tamanho, relatam os pesquisadores. Um novo estudo revelou que a oscilação no brilho observada em buracos negros supermassivos que se alimentam ativamente estãorelacionada a  sua massa.

Os buracos negros supermassivos são milhões a bilhaµes de vezes mais massivos do que o Sol e geralmente residem no centro de gala¡xias massivas. Quando dormentes e não se alimentando do gás e das estrelas ao seu redor, as SMBHs emitem muito pouca luz; a única maneira que os astrônomos podem detecta¡-los épor meio de suas influaªncias gravitacionais nas estrelas e no gás em sua vizinhana§a. No entanto, no ini­cio do universo , quando os SMBHs estavam crescendo rapidamente, eles estavam ativamente alimentando - ou agregando - materiais em taxas intensivas e emitindo uma enorme quantidade de radiação - a s vezes ofuscando toda a gala¡xia em que residem, disseram os pesquisadores.

Impressão arta­stica de um disco de acreção girando em torno de um buraco negro supermassivo invisível. O processo de acreção produz flutuações aleata³rias na luminosidade do disco ao longo do tempo, um padrãorelacionado a  massa do buraco negro em um novo estudo conduzido por pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. Crédito: Mark A. Garlick / Simons Foundation

Os padraµes de alimentação dos buracos negros oferecem uma visão de seu tamanho, relatam os pesquisadores. Um novo estudo revelou que a oscilação no brilho observada em buracos negros supermassivos que se alimentam ativamente estãorelacionada a  sua massa.

Os buracos negros supermassivos são milhões a bilhaµes de vezes mais massivos do que o Sol e geralmente residem no centro de gala¡xias massivas. Quando dormentes e não se alimentando do gás e das estrelas ao seu redor, as SMBHs emitem muito pouca luz; a única maneira que os astrônomos podem detecta¡-los épor meio de suas influaªncias gravitacionais nas estrelas e no gás em sua vizinhana§a. No entanto, no ini­cio do universo , quando os SMBHs estavam crescendo rapidamente, eles estavam ativamente alimentando - ou agregando - materiais em taxas intensivas e emitindo uma enorme quantidade de radiação - a s vezes ofuscando toda a gala¡xia em que residem, disseram os pesquisadores.

O novo estudo, liderado pelo estudante de graduação em astronomia da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, Colin Burke, e o professor Yue Shen, descobriu uma relação definitiva entre a massa de SMBHs que se alimentam ativamente e a escala de tempo caracterí­stica no padrãode luz intermitente. Os resultados foram publicados na revista Science .

A luz observada de um SMBH de acranãscimo não éconstante. Devido a processos fa­sicos que ainda não são compreendidos, ele exibe uma oscilação onipresente em escalas de tempo que variam de horas a décadas. “Muitos estudos exploraram possa­veis relações entre a cintilação observada e a massa da SMBH, mas os resultados foram inconclusivos e a s vezes controversos”, disse Burke.

A equipe compilou um grande conjunto de dados de SMBHs de alimentação ativa para estudar o padrãode variabilidade de oscilação. Eles identificaram uma escala de tempo caracterí­stica, ao longo da qual o padrãomuda, que se correlaciona estreitamente com a massa do SMBH. Os pesquisadores então compararam os resultados com ana£s brancas de acranãscimo, os restos de estrelas como o nosso sol, e descobriram que a mesma relação escala de tempo-massa se mantanãm, embora as ana£s brancas sejam de milhões a bilhaµes de vezes menos massivas do que SMBHs.

As oscilações da luz são flutuações aleata³rias no processo de alimentação de um buraco negro, disseram os pesquisadores. Os astrônomos podem quantificar esse padrãode oscilação medindo o poder da variabilidade em função das escalas de tempo. Para o acranãscimo de SMBHs, o padrãode variabilidade muda de escalas de tempo curtas para escalas de tempo longas. Esta transição do padrãode variabilidade acontece em uma escala de tempo caracterí­stica que émais longa para buracos negros mais massivos .

A equipe comparou a alimentação em um buraco negro com nossa atividade de comer ou beber, equiparando essa transição a um arroto humano. Os bebaªs frequentemente arrotam enquanto bebem leite, enquanto os adultos podem segurar o arroto por mais tempo. Os buracos negros fazem a mesma coisa enquanto se alimentam, eles disseram.

"Esses resultados sugerem que os processos que impulsionam a oscilação durante o acranãscimo são universais, seja o objeto central um buraco negro supermassivo ou uma anãbranca muito mais leve", disse Shen.

"O firme estabelecimento de uma conexão entre a oscilação da luz observada e as propriedades fundamentais do agregador certamente nos ajudara¡ a entender melhor os processos de acranãscimo", disse Yan-Fei Jiang, pesquisador do Flatiron Institute e coautor do estudo.

Os buracos negros astrofisicos vão em um amplo espectro de massa e tamanho. Entre a população de buracos negros de massa estelar, que pesam menos do que várias dezenas de vezes a massa do sol, e SMBHs, háuma população de buracos negros chamados buracos negros de massa intermedia¡ria que pesam entre cerca de 100 e 100.000 vezes o massa do sol.

Espera-se que os IMBHs se formem em grande número ao longo da história do universo e podem fornecer as sementes necessa¡rias para se transformarem em SMBHs mais tarde. No entanto, observacionalmente, essa população de IMBHs ésurpreendentemente elusiva. Existe apenas um IMBH indiscutivelmente confirmado que pesa cerca de 150 vezes a massa do sol. Mas aquele IMBH foi descoberto por acaso pela radiação da onda gravitacional da coalescaªncia de dois buracos negros menos massivos.

"Agora que háuma correlação entre o padrãode oscilação e a massa do objeto de acreção central, podemos usa¡-lo para prever como pode ser o sinal de oscilação de um IMBH", disse Burke.

Astra´nomos de todo o mundo estãoesperando pelo ini­cio oficial de uma era de pesquisas massivas que monitoram o canãu dina¢mico e varia¡vel. O Observatório Vera C. Rubin no Legacy Survey of Space and Time do Chile fara¡ um levantamento do canãu ao longo de uma década e coletara¡ dados cintilantes de luz para bilhaµes de objetos, comea§ando no final de 2023.

"A mineração do conjunto de dados LSST para procurar padraµes de oscilação consistentes com o acaºmulo de IMBHs tem o potencial de descobrir e compreender totalmente essa população misteriosa de buracos negros hámuito procurada", disse o coautor Xin Liu, professor de astronomia da Universidade de Washington. de I.

Este estudo éuma colaboração com o professor de astronomia e física Charles Gammie e o pesquisador de pa³s-doutorado em astronomia Qian Yang, do Centro de Estudos Avana§ados do Universo de Illinois, e pesquisadores da Universidade da Califa³rnia, Santa Ba¡rbara; a Universidade de St. Andrews, Reino Unido; o Instituto Flatiron; a Universidade de Southampton, Reino Unido; a Academia Naval dos Estados Unidos; e a Universidade de Durham, Reino Unido

Burke, Shen e Liu também são afiliados ao Center for Astrophysical Surveys do National Center for Supercomputing Applications em Illinois. Os resultados foram publicados na revista Science .

A luz observada de um SMBH de acranãscimo não éconstante. Devido a processos fa­sicos que ainda não são compreendidos, ele exibe uma oscilação onipresente em escalas de tempo que variam de horas a décadas. “Muitos estudos exploraram possa­veis relações entre a cintilação observada e a massa da SMBH, mas os resultados foram inconclusivos e a s vezes controversos”, disse Burke.

A equipe compilou um grande conjunto de dados de SMBHs de alimentação ativa para estudar o padrãode variabilidade de oscilação. Eles identificaram uma escala de tempo caracterí­stica, ao longo da qual o padrãomuda, que se correlaciona estreitamente com a massa do SMBH. Os pesquisadores então compararam os resultados com ana£s brancas de acranãscimo, os restos de estrelas como o nosso sol, e descobriram que a mesma relação escala de tempo-massa se mantanãm, embora as ana£s brancas sejam de milhões a bilhaµes de vezes menos massivas do que SMBHs.

As oscilações da luz são flutuações aleata³rias no processo de alimentação de um buraco negro, disseram os pesquisadores. Os astrônomos podem quantificar esse padrãode oscilação medindo o poder da variabilidade em função das escalas de tempo. Para o acranãscimo de SMBHs, o padrãode variabilidade muda de escalas de tempo curtas para escalas de tempo longas. Esta transição do padrãode variabilidade acontece em uma escala de tempo caracterí­stica que émais longa para buracos negros mais massivos .

A equipe comparou a alimentação em um buraco negro com nossa atividade de comer ou beber, equiparando essa transição a um arroto humano. Os bebaªs frequentemente arrotam enquanto bebem leite, enquanto os adultos podem segurar o arroto por mais tempo. Os buracos negros fazem a mesma coisa enquanto se alimentam, eles disseram.

"Esses resultados sugerem que os processos que impulsionam a oscilação durante o acranãscimo são universais, seja o objeto central um buraco negro supermassivo ou uma anãbranca muito mais leve", disse Shen.

"O firme estabelecimento de uma conexão entre a oscilação da luz observada e as propriedades fundamentais do agregador certamente nos ajudara¡ a entender melhor os processos de acranãscimo", disse Yan-Fei Jiang, pesquisador do Flatiron Institute e coautor do estudo.

Os buracos negros astrofisicos vão em um amplo espectro de massa e tamanho. Entre a população de buracos negros de massa estelar, que pesam menos do que várias dezenas de vezes a massa do sol, e SMBHs, háuma população de buracos negros chamados buracos negros de massa intermedia¡ria que pesam entre cerca de 100 e 100.000 vezes o massa do sol.

Espera-se que os IMBHs se formem em grande número ao longo da história do universo e podem fornecer as sementes necessa¡rias para se transformarem em SMBHs mais tarde. No entanto, observacionalmente, essa população de IMBHs ésurpreendentemente elusiva. Existe apenas um IMBH indiscutivelmente confirmado que pesa cerca de 150 vezes a massa do sol. Mas aquele IMBH foi descoberto por acaso pela radiação da onda gravitacional da coalescaªncia de dois buracos negros menos massivos.

"Agora que háuma correlação entre o padrãode oscilação e a massa do objeto de acreção central, podemos usa¡-lo para prever como pode ser o sinal de oscilação de um IMBH", disse Burke.

Astra´nomos de todo o mundo estãoesperando pelo ini­cio oficial de uma era de pesquisas massivas que monitoram o canãu dina¢mico e varia¡vel. O Observatório Vera C. Rubin no Legacy Survey of Space and Time do Chile fara¡ um levantamento do canãu ao longo de uma década e coletara¡ dados cintilantes de luz para bilhaµes de objetos, comea§ando no final de 2023.

"A mineração do conjunto de dados LSST para procurar padraµes de oscilação consistentes com o acaºmulo de IMBHs tem o potencial de descobrir e compreender totalmente essa população misteriosa de buracos negros hámuito procurada", disse o coautor Xin Liu, professor de astronomia da Universidade de Washington. de I.

Este estudo éuma colaboração com o professor de astronomia e física Charles Gammie e o pesquisador de pa³s-doutorado em astronomia Qian Yang, do Centro de Estudos Avana§ados do Universo de Illinois, e pesquisadores da Universidade da Califa³rnia, Santa Ba¡rbara; a Universidade de St. Andrews, Reino Unido; o Instituto Flatiron; a Universidade de Southampton, Reino Unido; a Academia Naval dos Estados Unidos; e a Universidade de Durham, Reino Unido

Burke, Shen e Liu também são afiliados ao Center for Astrophysical Surveys do National Center for Supercomputing Applications em Illinois.