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Astronomia06/05/2022

Buraco negro supermassivo surpreende ao originar brilho inédito

Concepção artística de uma galáxia distante experimentando um aumento repentino de brilho. Crédito: Nasa/Sonoma State University, Aurore Simonnet

06/05/22 - 08h00min

Algo estranho está acontecendo na galáxia 1ES 1927+654, a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra. No fim de 2017, e por razões que os cientistas não conseguiram explicar, o buraco negro supermassivo situado no coração dessa galáxia passou por uma enorme crise de identidade.

Ao longo de alguns meses, o objeto já brilhante, que é tão luminoso que pertence a uma classe de buracos negros conhecidos como núcleos galácticos ativos (AGNs, na sigla em inglês), de repente ficou muito mais brilhante – brilhando quase 100 vezes mais do que o normal em luz visível.

Agora, uma equipe internacional de astrofísicos pode ter identificado a causa dessa mudança. As linhas do campo magnético que atravessam o buraco negro parecem ter virado de cabeça para baixo, causando uma mudança rápida, mas de curta duração, nas propriedades do objeto. Era como se as bússolas na Terra de repente começassem a apontar para o sul em vez do norte.

As descobertas, publicadas na revista The Astrophysical Journal, podem mudar a forma como os cientistas veem os buracos negros supermassivos, disse Nicolas Scepi, coautor do estudo.

Chave para a evolução rápida

“Normalmente, esperamos que os buracos negros evoluam ao longo de milhões de anos”, disse Scepi, pesquisador de pós-doutorado no JILA, um instituto de pesquisa conjunto entre a Universidade do Colorado em Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (Nist). “Mas esses objetos, que chamamos de AGNs de aparência variável, evoluem em escalas de tempo muito curtas. Seus campos magnéticos podem ser a chave para entender essa rápida evolução.”

Scepi, ao lado dos membros da JILA Mitchell Begelman e Jason Dexter, coautores do estudo, primeiro teorizou que tal reviravolta magnética poderia ser possível em 2021.

O novo estudo apoia a ideia. Nele, uma equipe liderada por Sibasish Laha, do Goddard Space Flight Center da Nasa, coletou os dados mais abrangentes até agora sobre esse objeto distante. O grupo se baseou em observações de sete conjuntos de telescópios no solo e no espaço, rastreando o fluxo de radiação da 1ES 1927+654 enquanto o AGN brilhava e depois diminuía.

As observações sugerem que os campos magnéticos dos buracos negros supermassivos podem ser muito mais dinâmicos do que os cientistas acreditavam. E, observou Begelman, esse AGN provavelmente não está sozinho.

“Se vimos isso em um caso, definitivamente veremos novamente”, disse Begelman, professor do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias da Universidade do Colorado em Boulder. “Agora sabemos o que procurar.”

Um buraco negro incomum

Begelman explicou que os AGNs são originados de algumas das físicas mais extremas do universo conhecido.

Esses monstros surgem quando buracos negros supermassivos começam a atrair enormes quantidades de gás das galáxias ao seu redor. Como a água circulando um ralo, esse material girará cada vez mais rápido quanto mais se aproximar do buraco negro – formando um “disco de acreção” brilhante que gera radiação intensa e variada que os cientistas podem ver a bilhões de anos-luz de distância.

Esses discos de acreção também dão origem a uma característica curiosa: eles geram fortes campos magnéticos que envolvem o buraco negro central e, como o próprio campo magnético da Terra, apontam em uma direção distinta, como norte ou sul.

Crédito: Nasa

Papel fundamental

“Há cada vez mais evidências do Event Horizon Telescope e outras observações de que os campos magnéticos podem desempenhar um papel fundamental na influência de como o gás cai nos buracos negros”, disse Dexter, professor assistente professor do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias da Universidade do Colorado em Boulder.

Isso também poderia influenciar o brilho de um AGN, como o que está no coração da 1ES 1927+654, através de telescópios.

Em maio de 2018, o aumento de energia desse objeto atingiu um pico, ejetando mais luz visível, mas também muitas vezes mais radiação ultravioleta do que o normal. Na mesma época, as emissões de radiação de raios X do AGN começaram a diminuir.

“Normalmente, se o ultravioleta aumentar, seus raios X também aumentarão”, disse Scepi. “Mas aqui, o ultravioleta aumentou enquanto o raio X diminuiu muito. Isso é muito incomum.”

Virando a cabeça

Pesquisadores do JILA propuseram uma possível resposta para esse comportamento incomum em um artigo publicado no ano passado.

Begelman explicou que esses recursos estão constantemente puxando gás do espaço exterior, e parte desse gás também carrega campos magnéticos. Se o AGN atrair campos magnéticos que apontam em uma direção oposta à dele – eles apontam para o sul, digamos, em vez do norte –, então seu próprio campo enfraquecerá. É um pouco como uma equipe de cabo de guerra puxando uma corda em uma direção pode anular os esforços de seus oponentes puxando na outra direção.

Com esse AGN, teorizou a equipe do JILA, o campo magnético do buraco negro ficou tão fraco que virou de cabeça para baixo.

“Você está basicamente eliminando completamente o campo magnético”, disse Begelman.

Desconexão determinante

No novo estudo, pesquisadores liderados pela Nasa começaram a coletar o maior número possível de observações de 1ES 1927+654.

A desconexão entre a radiação ultravioleta e a radiação de raios X acabou sendo o cano da arma fumegante. Os astrofísicos suspeitam que um campo magnético enfraquecido causaria exatamente essa mudança na física de um AGN – deslocando o disco de acreção do buraco negro para que ele ejetasse mais luz ultravioleta e visível e, paradoxalmente, menos radiação de raios X. Nenhuma outra teoria poderia explicar o que os pesquisadores estavam vendo.

O próprio AGN se acalmou e voltou ao normal no verão de 2021. Mas Scepi e Begelman veem o evento como um experimento natural – uma maneira de sondar perto do buraco negro para aprender mais sobre como esses objetos alimentam feixes brilhantes de radiação. Essa informação, por sua vez, pode ajudar os cientistas a saber exatamente que tipos de sinais eles devem procurar para encontrar AGNs mais estranhos no céu noturno.

“Talvez existam alguns eventos semelhantes que já foram observados – apenas não sabemos sobre eles ainda”, disse Scepi.

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1ES 1927+654