Hubble Descobre Disco Improvável de Buraco Negro

Uma imagem do Hubble da galáxia espiral NGC 3147 aparece ao lado da ilustração do buraco negro supermassivo que reside no núcleo da galáxia. A imagem do Hubble mostra os braços espirais da galáxia, cheios de jovens estrelas azuis, nebulosas rosadas e poeira em silhueta. No entanto, no núcleo brilhante da NGC 3147 esconde-se um buraco negro monstruoso, pesando cerca de 250 milhões de vezes a massa do nosso sol. Observações de Hubble do buraco negro demonstram duas das teorias da relatividade de Einstein. As características amarelo-avermelhadas que giram em torno do centro são o brilho da luz do gás preso pela poderosa gravidade do robusto buraco negro. O buraco negro está profundamente enterrado em seu campo gravitacional, mostrado pela grade verde que ilustra o espaço deformado. O campo gravitacional é tão forte que a luz está lutando para sair, um princípio descrito na teoria da relatividade geral de Einstein. O material também está chicoteando tão rápido ao redor do buraco negro que ele se ilumina quando se aproxima da Terra em um dos lados do disco e fica mais fraco à medida que se afasta. Esse efeito, chamado de emissão relativista, foi previsto pela teoria da relatividade especial de Einstein. A NGC 3147 está localizada a 130 milhões de anos-luz de distância na constelação circumpolar do norte do Dragão.

Como se os buracos negros não fossem suficientemente misteriosos, astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble encontraram um inesperado disco de material girando furiosamente em torno de um buraco negro supermassivo no coração da magnífica galáxia espiral NGC 3147, localizada a 130 milhões de anos-luz de distância.
O enigma é que o disco não deveria estar lá, baseado em teorias astronômicas atuais. No entanto, a presença inesperada de um disco tão próximo de um buraco negro oferece uma oportunidade única para testar as teorias da relatividade de Albert Einstein. A relatividade geral descreve a gravidade como a curvatura do espaço e a relatividade especial descreve a relação entre tempo e espaço.
"Nós nunca vimos os efeitos da relatividade geral e especial na luz visível com tanta clareza", disse Marco Chiaberge, da Agência Espacial Européia, e do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e da Universidade Johns Hopkins, ambos em Baltimore, Maryland, e um dos membros da equipe que conduziu o estudo do Hubble.
"Esta é uma observação intrigante em um disco muito próximo a um buraco negro, tão perto que as velocidades e a intensidade da atração gravitacional afetam a aparência dos fótons de luz", acrescentou o primeiro autor do estudo, Stefano Bianchi, da Roma Tre University, em Roma, Itália. "Não podemos entender os dados, a menos que incluamos as teorias da relatividade".
Buracos negros em certos tipos de galáxias como NGC 3147 são desnutridos porque não há suficiente material ao seu redor para ser capturado gravitacionalmente  para alimentá-los regularmente. Assim, a névoa fina de material cadente é inflada como um donut ao invés de se achatar em um disco em forma de panqueca. Portanto, é muito intrigante porque existe um disco fino rodeando um buraco negro em NGC 3147 que imita discos muito mais poderosos encontrados em galáxias extremamente ativas com buracos negros gordos e monstruosos.
"Achávamos que este seria o melhor candidato para confirmar que, abaixo de certas luminosidades, o disco de acreção não existe mais", explicou Ari Laor, do Instituto de Tecnologia Technion-Israel, localizado em Haifa, Israel. "O que vimos foi algo completamente inesperado. Encontramos gás em movimento produzindo recursos que só podemos explicar como sendo produzidos por material girando em um disco fino bem próximo ao buraco negro".
Os astrônomos inicialmente selecionaram esta galáxia para validar modelos aceitos sobre galáxias ativas de baixa luminosidade - aquelas com buracos negros que estão em uma dieta escassa de material. Modelos preveem que um disco de acreção se forma quando grandes quantidades de gás são capturadas pela forte força gravitacional de um buraco negro. Essa matéria cadente emite muita luz, produzindo um farol brilhante chamado quasar, no caso dos buracos negros mais bem alimentados. Uma vez que menos material é puxado para dentro do disco, ele começa a se romper, torna-se mais fraco e muda de estrutura.
"O tipo de disco que vemos é um quasar em escala reduzida que não esperávamos que existisse", disse Bianchi. "É o mesmo tipo de disco que vemos em objetos que são 1.000 ou até 100.000 vezes mais luminosos. As previsões dos atuais modelos de dinâmica de gás em galáxias ativas muito fracas falharam claramente".
O disco está tão profundamente embutido no intenso campo gravitacional do buraco negro que a luz do disco de gás é modificada, de acordo com as teorias da relatividade de Einstein, dando aos astrônomos uma visão única dos processos dinâmicos próximos a um buraco negro.
Esse material foi registrado pelo Hubble girando em torno do buraco negro, movendo-se a mais de 10% da velocidade da luz. Nessas velocidades extremas, o gás parece iluminar-se enquanto viaja para a Terra de um lado e escurece à medida que se afasta do nosso planeta do outro lado (um efeito chamado emissão relativista). As observações do Hubble também mostram que o gás está tão entrincheirado no poço gravitacional que a luz está lutando para sair e, portanto, parece esticada para comprimentos de onda mais vermelhos. A massa do buraco negro é de cerca de 250 milhões de sóis.
Os pesquisadores usaram o Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial (STIS, na sigla em inglês) do Hubble para observar o turbilhão de matéria dentro do disco. Um espectrógrafo é uma ferramenta de diagnóstico que divide a luz de um objeto em seus muitos comprimentos de onda individuais para determinar sua velocidade, temperatura e outras características com uma precisão muito alta. Os astrônomos precisaram da resolução precisa da STIS para isolar a luz fraca da região do buraco negro e bloquear a contaminação da luz das estrelas.
"Sem o Hubble, não poderíamos ver isso porque a região do buraco negro tem baixa luminosidade", disse Chiaberge. "As luminosidades das estrelas da galáxia superam qualquer coisa no núcleo. Então, se você observar a partir do solo, você é dominado pelo brilho das estrelas, que afoga a emissão fraca do núcleo".

Fonte: NASA