Chandra encontra buraco negro que cresce 2,4 vezes o limite de Eddington

Concepção artística de um buraco negro supermassivo, com um disco circundante de material caindo em direção ao buraco negro e um jato contendo partículas se afastando a uma velocidade próxima à da luz. Este buraco negro representa um quasar recentemente descoberto alimentado por um buraco negro. Novas observações do Chandra indicam que o buraco negro está crescendo a uma taxa que excede o limite usual para buracos negros, chamado Limite de Eddington. Crédito: NASA/CXC/SAO/M. Weiss. Raios-X: NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina et al.; Ilustração: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Processamento de Imagem: NASA/CXC/SAO/N. Wolk.

Um buraco negro está crescendo a uma das taxas mais rápidas já registradas, de acordo com uma equipe de astrônomos. Esta descoberta do Observatório de Raios X Chandra da NASA pode ajudar a explicar como alguns buracos negros podem atingir massas enormes com relativa rapidez pouco tempo após o Big Bang.

O buraco negro pesa cerca de um bilhão de vezes a massa do Sol e está localizado a cerca de 12,8 bilhões de anos-luz da Terra, o que significa que os astrônomos o estão observando apenas 920 milhões de anos após o início do universo. Ele está produzindo mais raios X do que qualquer outro buraco negro visto no primeiro bilhão de anos do universo.

O buraco negro alimenta o que os cientistas chamam de quasar, um objeto extremamente brilhante que ofusca galáxias inteiras. A fonte de energia desse monstro brilhante são grandes quantidades de matéria que se canalizam e entram no buraco negro.

Embora a mesma equipe o tenha descoberto há dois anos, foram necessárias observações do Chandra em 2023 para descobrir o que diferencia este quasar, RACS J0320-35. Os dados de raios X revelam que este buraco negro parece estar crescendo a uma taxa que excede o limite normal para esses objetos.

Quando a matéria é puxada em direção a um buraco negro, ela é aquecida e produz radiação intensa em um amplo espectro, incluindo raios X e luz óptica . Essa radiação cria pressão sobre o material em queda. Quando a taxa de queda da matéria atinge um valor crítico, a pressão da radiação equilibra a gravidade do buraco negro, e a matéria normalmente não consegue cair mais rapidamente. Esse máximo é chamado de limite de Eddington.

Cientistas acreditam que buracos negros que crescem mais lentamente do que o limite de Eddington precisam nascer com massas de cerca de 10.000 sóis ou mais para que possam atingir um bilhão de massas solares dentro de um bilhão de anos após o Big Bang — como foi observado no RACS J0320-35. Um buraco negro com uma massa de nascimento tão alta poderia resultar diretamente de um processo exótico: o colapso de uma enorme nuvem de gás denso contendo quantidades anormalmente baixas de elementos mais pesados ​​que o hélio, condições que podem ser extremamente raras.

Se o RACS J0320-35 estiver de fato crescendo a uma taxa tão alta — estimada em 2,4 vezes o limite de Eddington — e tiver feito isso por um período de tempo sustentado, seu buraco negro pode ter começado de uma forma mais convencional, com uma massa menor que cem sóis, causada pela implosão de uma estrela massiva.

"Conhecendo a massa do buraco negro e calculando a sua velocidade de crescimento, podemos trabalhar de trás para frente para estimar a sua massa ao nascer", disse o coautor Alberto Moretti, do INAF-Observatorio Astronomico di Brera, na Itália. "Com esse cálculo, podemos agora testar diferentes ideias sobre como os buracos negros nascem."

Para descobrir a velocidade de crescimento deste buraco negro (entre 300 e 3.000 sóis por ano), os pesquisadores compararam modelos teóricos com a assinatura de raios X, ou espectro, do Chandra, que fornece a quantidade de raios X em diferentes energias. Eles descobriram que o espectro do Chandra correspondia muito bem ao que esperavam de modelos de um buraco negro crescendo mais rápido que o limite de Eddington. Dados de luz óptica e infravermelha também corroboram a interpretação de que este buraco negro está acumulando massa mais rápido do que o limite de Eddington permite.

Fonte: PHYS.ORG