Os buracos negros são as forças mais intrigantes e inspiradoras da natureza. Eles também são um dos mais misteriosos por causa da maneira como as regras da física convencional quebram em sua presença. Apesar de décadas de pesquisas e observações, ainda há muito que não sabemos sobre eles. De fato, até recentemente, os astrônomos nunca tinham visto uma imagem de buraco negro e eram incapazes de medir sua massa.
No entanto, uma equipe de físicos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) anunciou recentemente que havia planejado uma maneira de medir indiretamente a massa de um buraco negro, além de confirmar sua existência. Em um estudo recente, eles mostraram como testaram esse método no buraco negro supermassivo de imagem recente no centro da galáxia ativa Messier 87.
O estudo apareceu na edição de agosto da Avisos mensais da Royal Astronomical Society. Além de pesquisadores do MIPT, a equipe incluiu membros do Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE), com sede na Holanda, o Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica em Taiwan e o Mizusawa VLBI Observatory do NOAJ no Japão.
Por décadas, os astrônomos sabem que a maioria das galáxias massivas tem um buraco negro supermassivo (SMBH) em seu centro. A presença desse SMBH leva a uma quantidade considerável de atividade no núcleo, onde gás e poeira caem em um disco de acúmulo e aceleram a velocidades que os levam a emitir luz, além de rádio, micro-ondas, raios-x e gama. radiação de raios.
Para algumas galáxias, a quantidade de radiação produzida pela região central é tão brilhante que, na verdade, domina a luz proveniente de todas as estrelas em seu disco combinadas. Elas são conhecidas como galáxias de Núcleos Galácticos Ativos (AGN), pois possuem núcleos ativos e outras galáxias são comparativamente "silenciosas". Outro identificador revelador de que uma galáxia está ativa são os longos feixes de matéria superaquecida que se estendem.
Esses "jatos relativísticos", que podem se estender por milhões de anos-luz em diante, são assim chamados porque o material neles é acelerado até uma fração da velocidade da luz. Embora esses jatos ainda não sejam totalmente compreendidos, o consenso atual é de que são produzidos por um certo “efeito motor” causado por uma SMBH que gira rapidamente.
Um bom exemplo de uma galáxia ativa com um jato relativístico é o Messier 87 (também conhecido como Virgo A), uma galáxia supergigante localizada na direção da Constelação de Virgem. Essa galáxia é a galáxia ativa mais próxima da Terra e, portanto, uma das mais estudadas. Originalmente descoberto em 1781 por Charles Messier (que o confundiu com uma nebulosa), ele tem sido estudado regularmente desde então. Em 1918, seu jato óptico se tornou o primeiro de seu tipo a ser observado.
Graças à sua proximidade, os astrônomos puderam estudar meticulosamente o jato do Messier 87 - mapeando sua estrutura e velocidades de plasma e medindo temperaturas e densidades de partículas perto da corrente do jato. Os limites do jato foram estudados detalhadamente que os pesquisadores descobriram que ele era homogêneo ao longo de seu comprimento e mudaram de forma quanto mais se estendia (passando de parabólico a cônico).
Todas essas observações permitiram aos astrônomos testar hipóteses sobre a estrutura das galáxias ativas e a relação entre as mudanças na forma do jato e a influência do buraco negro no núcleo galáctico. Nesse caso, a equipe de pesquisa internacional aproveitou esse relacionamento e determinou a massa da SMBH do M87s.
A equipe também contou com modelos teóricos que prevêem a quebra de um jato, o que lhes permitiu criar um modelo em que a massa de uma SMBH reproduzisse com precisão a forma observada do jato da M87. Ao medir a largura do jato e a distância entre o núcleo e a quebra de sua forma, eles também descobriram que o limite do jato do M87 é composto de dois segmentos com duas curvas distintas.
No final, a combinação de modelos teóricos, observações e cálculos computacionais permitiu à equipe obter uma medida indireta da massa e da taxa de rotação do buraco negro. Este estudo não apenas fornece um novo modelo para estimativa de buracos negros e um novo meio de medição para jatos, mas também confirma as hipóteses subjacentes à estrutura dos jatos
Essencialmente, os resultados da equipe descrevem o jato como um fluxo de fluido magnetizado, onde a forma é determinada pelo campo eletromagnético nele. Isso, por sua vez, depende de fatores como a velocidade e a carga das partículas do jato, a corrente elétrica dentro do jato e a taxa com que a SMBH acumula matéria do disco ao redor.
A interação entre todos esses fatores é o que dá origem à quebra observada na forma de um jato, que pode ser usada para extrapolar a massa das SMBHs e a rapidez com que ela está girando. Elena Nokhrina, vice-chefe do laboratório MIPT envolvido no estudo e principal autora do artigo da equipe, descreve o método que eles desenvolveram da seguinte maneira:
“O novo método independente para estimativa de massa e rotação de buracos negros é o principal resultado do nosso trabalho. Embora sua precisão seja comparável à dos métodos existentes, ela tem uma vantagem em nos aproximar do objetivo final. Ou seja, refinar os parâmetros do "motor" principal para entender melhor sua natureza ".
Graças à disponibilidade de instrumentos sofisticados para o estudo de SMBHs (como o Event Horizon Telescope) e de telescópios espaciais da próxima geração que entrarão em operação em breve, não demorará muito para que esse novo modelo seja exaustivamente testado. Um bom candidato seria Sagitário A *, a SMBH no centro de nossa galáxia, estimada entre 3,5 milhões e 4,7 milhões de massas solares.
Além de impor restrições mais precisas a essa massa, observações futuras também podem determinar o quão ativo (ou inativo) o núcleo de nossa galáxia é. Estes e outros mistérios do buraco negro aguardam!
