A Luz que Escapa do Disco de Acreção de um Buraco Negro

Os buracos negros são famosos por serem incontornáveis. No horizonte de eventos desses objetos celestes, a matéria e até a luz entram e desaparecem para sempre. No entanto, fora do horizonte de eventos, sabe-se que os buracos negros formam discos de acreção dos quais a luz pode escapar. De fato, é assim que os astrônomos são capazes de confirmar a presença de buracos negros e determinar suas propriedades (ou seja, massa, taxa de rotação etc.)
No entanto, de acordo com um estudo recente financiado pela NASA, liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), há evidências de que nem toda a luz que emana do disco de acreção de um buraco negro escapa facilmente. De acordo com suas observações, parte da luz que sai do disco é puxada de volta pela gravidade do buraco negro e reletida de novo no disco. Essas observações confirmam algo que os astrônomos teorizam há cerca de quarenta anos.
Para esse estudo, que apareceu recentemente no The Astrophysical Journal, a equipe consultou dados de arquivo do agora extinto satélite Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) da NASA. Entre 1995 e 2012, essa missão reuniu informações sobre os ambientes extremos que cercam as anãs brancas, estrelas de nêutrons, buracos negros e outros objetos emissores de raios-X.
O que eles observaram confirmou as previsões feitas há cerca de quarenta anos, com base na Relatividade Geral. Como Riley Connors, um bolsista de pós-doutorado da Caltech e principal autor do estudo, explicou:
"Observamos a luz vindo de muito perto do buraco negro que está tentando escapar, mas é puxada de volta pelo buraco negro como um bumerangue. Isso é algo que foi previsto na década de 1970, mas não havia sido observado até agora".
Especificamente, os pesquisadores examinaram dados de raios-X de um objeto binário designado XTE J1550-564, um buraco negro orbitado por uma estrela semelhante ao Sol, localizada a cerca de 17.000 anos-luz da Terra. Esse buraco negro é alimentado com o material retirado da estrela, arrastando-o para um disco de acreção que o circunda e levando lentamente para o horizonte dos eventos ao longo do tempo.
Esse material é acelerado pela gravidade do buraco negro e, no caso de buracos negros que estão crescendo ativamente, resulta em emissões brilhantes de raios-X. Ao examinar a luz de raios-X vinda do disco do buraco negro, a equipe descobriu que, à medida que a luz espirala em direção ao buraco negro, havia impressões que indicavam que parte dela era dobrada de volta para o disco e depois refletida novamente.

Esta ilustração mostra como parte da luz que sai de um disco em torno de um buraco negro é curvada de volta para o próprio disco devido à gravidade de um buraco negro. A luz é refletida novamente no disco. O material azulado que sai do buraco negro é um jato de partículas energéticas. Crédito: NASA / JPL-Caltech / R. Ferido (IPAC) /R. Connors (Caltech)

"O disco está essencialmente se iluminando", diz Javier Garcia, professor assistente de pesquisa da Caltech e co-autor do estudo. "Os teóricos previram que uma fração da luz dobraria de volta no disco e agora, pela primeira vez, confirmamos essas previsões".
Além de ser a primeira vez que os astrônomos observam esse fenômeno, esses resultados são mais uma confirmação indireta da Teoria Geral da Relatividade de Einstein. Ao mostrar como a luz emitida em torno de um buraco negro pode ser dobrada e refletida novamente, os cientistas têm mais evidências de como a gravidade extrema altera significativamente a curvatura do espaço-tempo, levando a ambientes extremos.
Esses resultados também ajudarão os astrônomos a medir as taxas de rotação dos buracos negros, algo que ainda é pouco conhecido. "Como os buracos negros podem potencialmente girar muito rápido, eles não apenas dobram a luz, mas a torcem", diz Connors. "Essas observações recentes são outra peça do quebra-cabeça de tentar descobrir com que rapidez os buracos negros giram".

Fonte: Universe Today