Nos últimos anos, houve um progresso significativo no estudo de buracos negros. As primeiras detecções de ondas gravitacionais possibilitaram saber como elas se fundem, uma prova adicional de sua existência. Em abril de 2019, a primeira imagem do horizonte de eventos de um buraco negro foi revelada pelo Event Horizon Telescope. Enquanto há 100 anos começamos a considerar sua existência teórica, agora estamos certos da realidade física dos buracos negros.
Mas seria errado acreditar que agora entendemos tudo sobre esses monstros cósmicos. Nunca veremos o que está acontecendo por trás do horizonte de eventos de um buraco negro, e ainda não temos certeza de quão grandes podem ser ou como funcionam.
Detecção do menor buraco negro até agora
Uma equipe de pesquisadores americanos descobriu o menor buraco negro já detectado, um buraco negro de cerca de 3,3 massas solares. Os buracos negros geralmente são descobertos pelas poderosas emissões de raios X, raios gama ou raios de rádio de seu disco de acreção. Mas pequenos buracos negros provavelmente absorvem menos matéria e, portanto, permanecem invisíveis por causa de sua baixa radiação.
Este mini buraco negro foi detectado de uma maneira diferente. Foi descoberto porque faz parte de um sistema binário. Sua influência gravitacional na estrela que acompanha permitiu detectá-la. Os pesquisadores descobriram que esta estrela tem variações significativas na velocidade radial, que é o sinal de que está dançando uma valsa gravitacional com outro objeto.
Um método de detecção emprestado de caçadores de exoplanetas
Geralmente, esse método é usado para detectar exoplanetas, mas aqui o objeto responsável por essa influência gravitacional é massivo demais para ser um planeta. No entanto, é completamente invisível em todas as partes do espectro da luz, o que significa que também não é uma estrela. Isso nos permitiu deduzir a presença de um buraco negro de baixa massa.
Essa descoberta é importante porque nos diz que nossos métodos de detecção atuais podem não detectar a presença de muitos buracos negros. Todos os buracos negros que interagem muito fracamente com a matéria circundante não podem ser detectados pela radiação dessa matéria. Nesse caso, novos métodos de detecção focados exclusivamente na influência gravitacional dos buracos negros poderiam ajudar a melhor identificá-los.
Existem buracos negros ainda menores ?
Encontrar pequenos buracos negros também é uma maneira de entender melhor estrelas massivas e supernovas, que dão origem a buracos negros ou colapsam em estrelas de nêutrons. Normalmente, os buracos negros estelares têm uma massa superior a 5 vezes a massa do sol. Estrelas de nêutrons raramente têm mais de 2,9 massas solares. Entre essas duas massas, a fronteira ficou embaçada até a descoberta desse mini buraco negro de 3,3 massas solares. Ainda não sabemos se descobriremos buracos negros ainda menores.
Um pequeno buraco negro no sistema solar ?
Por cinco anos, alguns astrônomos especulam que existe um nono planeta no sistema solar. Eles apóiam essa previsão na observação das trajetórias de certos objetos transneptunianos. Esses pequenos planetoides orbitam o sol a uma grande distância, muito além de Netuno ou mesmo de Plutão. Suas órbitas são altamente elípticas, como se tivessem sido perturbadas por um objeto maciço. Mas eles estão indo longe demais de Netuno para que este planeta seja considerado responsável.
Essa observação levou um grupo de pesquisadores a considerar outro disruptor orbital, um planeta desconhecido evoluindo a uma grande distância do sol e cerca de 10 vezes mais massivo que a Terra. Desde que essa suposição foi publicada em 2014, novos objetos transneptunianos extremos foram descobertos. Todos eles têm órbitas elípticas, mas ainda não descobrimos um planeta 9. O objeto talvez seja muito difícil de observar porque é muito distante e muito escuro, ou talvez ele não exista.
Podemos de fato imaginar outros mecanismos para explicar as órbitas dos transneptunianos extremos. Na semana passada, dois pesquisadores britânicos e americanos propuseram uma solução diferente para esse problema. A perturbação dos transneptunos extremos poderia ser um buraco negro. A hipótese é ousada porque se baseia na existência de um tipo de buraco negro que nunca foi detectado. De fato, para manter as órbitas transneptunianas observadas, esse buraco negro deve ter uma massa de cinco a dez vezes a massa da Terra, o que é muito pouco para um buraco negro. Este buraco negro não teria se formado após o colapso do núcleo de uma estrela massiva. A única possibilidade que resta é que seria um buraco negro primordial.
Esse tipo de objeto cuja existência é completamente hipotética teria se formado no início do universo. O assunto era tão denso que poderia ter entrado em colapso localmente para formar os primeiros buracos negros, que poderiam ser enormes ou minúsculos, dependendo da instabilidade de sua origem. Os buracos negros primordiais são um dos candidatos para explicar a matéria escura. Eles podem realmente ser extremamente numerosos, mas também incrivelmente difíceis de detectar se são pequenos. Se existir, o buraco negro que orbita ao redor do sol seria, por exemplo, do tamanho de uma grande bola de pingue-pongue.
A hipótese de um buraco negro primordial, no entanto, resolve algumas questões levantadas pela hipótese de um nono planeta. Se admitirmos que um nono planeta evolui 20 vezes mais longe do Sol do que Netuno, devemos explicar por que ele existe. Regiões tão distantes de uma estrela não são propícias à formação planetária. Poderia ser um planeta errante capturado durante a história do sistema solar. Mas um buraco negro primordial também se encaixaria.
Onde a nova hipótese se torna interessante é que ela propõe novas estratégias de pesquisa. Não detectamos um planeta ou um buraco negro da mesma maneira. Um buraco negro primordial poderia realmente emitir radiação detectável pelos observatórios espaciais FERMI ou Chandra. Claro, pode muito bem ser uma nova quimera. Nosso sistema planetário pode não ter um nono planeta nem um buraco negro primordial. No entanto, será necessário encontrar uma explicação convincente para a órbita dos transneptunianos extremos.
O buraco negro no centro da galáxia NGC 3147 desafia os modelos criados pelos astrônomos
– Notícias de 16 de julho de 2019 –
Em abril de 2019, a primeira imagem do horizonte de eventos de um buraco negro foi revelada. Nesta imagem, podemos ver um disco brilhante em torno de uma área de sombra central. Gostaríamos de poder distinguir mais detalhes desse disco de acreção e suas fronteiras, mas essa primeira imagem nos permite pelo menos afirmar que a relatividade geral parece funcionar muito bem para descrever esses objetos celestes. Nós quase podemos acreditar que estamos lentamente começando a entender os buracos negros, mas o universo está sempre cheio de surpresas.
Graças ao Telescópio Espacial Hubble, uma equipe de astrônomos acaba de observar o centro da galáxia NGC 3147 localizado a cerca de 130 milhões de anos-luz de distância de casa. Em volta do que deveria ser seu buraco negro central, eles detectaram um disco muito fino em rápida rotação, a quase 10% da velocidade da luz. O problema é que, se acreditarmos em nossos modelos, esse disco não deve existir.
NGC 3147 não é uma galáxia muito ativa, então seu buraco negro central não tem muito para engolir. Normalmente, nesse tipo de cenário, esperamos que os discos de acreção assumam uma aparência inchada, como um grande donut ao redor do buraco negro. Este é exatamente o modelo que os astrônomos esperavam confirmar ao liderar essa observação. Em vez disso, eles descobriram o que parece ser um disco de acreção muito fino, um cenário que estamos acostumados a ver nas galáxias pelo menos mil vezes mais brilhante.
Obviamente, será necessário revisar a maneira como concebemos os discos de acreção de buracos negros supermassivos em galáxias difusas. Enquanto isso, o buraco negro da NGC 3147 oferece uma fantástica oportunidade para testar a relatividade especial e a relatividade geral. O disco de acreção parece ancorado tão profundamente no poço gravitacional do buraco negro que a luz está lutando para escapar. Usando o espectrógrafo a bordo do Hubble, os astrônomos conseguiram analisar essa luz. Parece muito mais brilhante em uma parte do disco de acréscimo do que na outra.
Isto não é devido a uma distribuição desigual da matéria, é um efeito que tinha sido previsto pela relatividade especial. A fonte de luz está se movendo muito rápido. Os fótons observados são, portanto, deslocados para vermelho ou azul pelo efeito Doppler, dependendo se a fonte deles está se movendo para nós ou nos afastando, dando a impressão de que uma parte do disco de acreção do buraco negro é mais brilhante que o outro. Este também foi o caso da imagem do buraco negro produzida pelo Event Horizon Telescope.
Toda a luz que nos vem do disco de acreção também é fortemente alterada para vermelho. É um indicador de sua proximidade com o buraco negro e a dificuldade que ele teve em escapar de seu poder de atração. Não compreendendo completamente os discos de acreção de galáxias difusas, podemos pelo menos confirmar que a relatividade é a ferramenta certa para examinar o assunto. A equipe de astrônomos espera agora ver outros discos compactos de acreção cercando buracos negros supermassivos de galáxias não muito ativas, para que eles possam atualizar seus modelos.
A primeira imagem de um buraco negro será revelada amanhã
– Notícias de 9 de abril de 2019 –
Amanhã, o projeto Event Horizon Telescope finalmente revelará a imagem de Sagitário A*, ou a imagem de um buraco negro supermassivo localizado no centro da Via Láctea.
Nós podemos ter visto o nascimento de um buraco negro ou de uma estrela de nêutrons!
– Notícias de 15 de janeiro de 2019 –
Em junho de 2018, astrônomos de todo o mundo testemunharam uma enorme explosão que ocorreu a cerca de 200 milhões de anos-luz de distância na constelação de Hércules. Algumas semanas depois, o objeto havia perdido muito de sua luminosidade. Desde então, as hipóteses se acumulam para tentar explicar a natureza exata desse evento cósmico. É uma supernova particularmente poderosa, uma anã branca brutalmente deslocada por um buraco negro, um magnetar ou uma explosão de raios gama?
O objeto foi nomeado AT2018COW. Parecia muito mais brilhante que uma supernova normal e, acima de tudo, acendia e se acalmava em tempo recorde. Demorou apenas alguns dias para atingir o pico de luminosidade e mais 16 dias para perder muito do seu brilho.
Uma equipe internacional em colaboração com o observatório Keck agradece a origem deste evento. Eles combinaram raios X, luz visível, infravermelho e observações de rádio de vários observatórios. Eles perceberam que esse evento cataclísmico impeliu a matéria para quase 10% da velocidade da luz e descobriu o que estava oculto no coração dessa explosão. Eles estão quase certos de que a explosão observada durante o verão de 2018 é a formação de um buraco negro ou de uma estrela de nêutrons.
Esta é a primeira vez que tal evento pode ser seguido virtualmente ao vivo. Buracos negros e estrelas de nêutrons são formados quando uma estrela gigante morre. Quando o combustível termonuclear é exaurido, o coração dessas estrelas desmorona em um instante sob o efeito de sua própria gravidade. As camadas externas da estrela são sopradas em uma explosão gigantesca e permanece apenas um objeto de densidade muito alta no centro, uma estrela de nêutrons ou, nos casos mais extremos, um buraco negro.
Nós ainda não sabemos qual desses dois objetos nasceu no coração da AT2018COW, mas é a oportunidade ideal para mergulhar na complexa física que acompanha o seu nascimento. Quando você observa uma estrela de nêutrons, geralmente já tem algumas centenas de anos, se tiver sorte.
As observações do AT2018COW foram facilitadas por várias coisas. Primeiro, a explosão expeliu muito menos material do que quando uma típica estrela massiva morreu. Com dez vezes menos detritos na frente de seus telescópios, os astrônomos podiam observar diretamente a radiação do objeto central. Por outro lado, 200 milhões de anos-luz é uma pequena distância na escala cósmica. Outros objetos similares poderiam, portanto, ser descobertos.
A observação da AT2018COW é um exemplo notável da crescente importância da velocidade na astronomia. Muitos dos eventos mais interessantes do universo são efêmeros. Para poder observá-los nas melhores condições, os observatórios devem ser mobilizados muito rapidamente antes que esses eventos possam ser concluídos. Por exemplo, é importante ser rápido para identificar sinais ópticos com detecções de ondas gravitacionais. Esta é uma nova área de progresso para observatórios em todo o mundo que não envolve melhores instrumentos, mas melhor organização e colaboração. Essa é a condição necessária para poder mergulhar no coração dos eventos mais violentos do universo.
Buracos negros desaparecerão depois de estrelas e galáxias
– Notícias de 4 de novembro de 2018 –
Stephen Hawking previu que os buracos negros podem evaporar e desaparecer. Na borda do horizonte de eventos, a radiação deve formar a radiação de Hawking. Essa radiação canibaliza a massa de um buraco negro até sua completa evaporação. No entanto, é uma radiação extremamente fraca. O processo de evaporação seria, portanto, muito longo para a maioria dos buracos negros. Na verdade, começaria quando o próprio universo fosse muito antigo e frio. Buracos negros podem então emitir mais radiação do que absorvem e começam a perder massa.
Para um buraco negro da massa do sol, levaria cerca de 1064 anos para a evaporação total. Os buracos negros mais massivos do universo podem exigir até 10106 anos para evaporar. Estes são números tão grandes que é quase impossível imaginar. Se Stephen Hawking estiver certo, muito depois de todas as estrelas e todas as galáxias terem desaparecido, o universo será dominado por buracos negros que evaporam lentamente. Eles também acabarão por desaparecer, deixando um grande vazio viajado por algumas partículas.
Imagem pelo ESO
Fontes
