Algo fundamental sobre os buracos negros pode estar mudando

Liderado por pesquisadores do Observatório Nacional de Atenas, o estudo foi publicado em Avisos mensais da Royal Astronomical Society. Se confirmados, os resultados desafiariam uma ideia fundamental da astronomia que tem orientado a investigação durante quase 50 anos.

O que torna os quasares tão brilhantes

Os quasares, identificados pela primeira vez na década de 1960, estão entre os objetos mais luminosos conhecidos. Eles brilham tão intensamente porque são alimentados por buracos negros supermassivos que puxam a matéria circundante. À medida que este material espirala para dentro sob imensa gravidade, ele forma uma estrutura rotativa em forma de disco antes de cair no buraco negro.

O atrito dentro deste disco aquece a matéria a temperaturas extremas. Como resultado, pode emitir 100 a 1.000 vezes mais luz do que uma galáxia inteira composta por cerca de 100 mil milhões de estrelas. Este brilho esmagador permite que os quasares ofusquem as suas galáxias hospedeiras e os torna visíveis aos telescópios através de vastas distâncias cósmicas.

Da luz ultravioleta aos poderosos raios X

O disco brilhante em torno de um buraco negro produz enormes quantidades de luz ultravioleta. Os cientistas acreditam que esta luz desempenha um papel fundamental na geração de raios X ainda mais energéticos emitidos pelos quasares. À medida que os raios ultravioleta viajam para fora, eles passam através de nuvens de partículas altamente energizadas localizadas muito perto do buraco negro, uma região conhecida como “coroa”.

Quando a luz ultravioleta interage com essas partículas, ela ganha energia e se transforma em intensa radiação de raios X. Esses raios X podem então ser detectados por observatórios espaciais.

Um relacionamento cósmico de longa data em questão

Como ambos os tipos de luz se originam perto do mesmo buraco negro, os astrónomos sabem há muito tempo que as emissões ultravioleta e de raios X dos quasares estão intimamente ligadas. Normalmente, a luz ultravioleta mais brilhante anda de mãos dadas com uma emissão de raios X mais forte. Esta relação, identificada há quase cinco décadas, ofereceu pistas críticas sobre as condições físicas próximas dos buracos negros supermassivos.

O novo estudo desafia a suposição de que esta conexão é universal. Essa suposição sugere que a estrutura da matéria em torno dos buracos negros é essencialmente a mesma em todos os lugares e em todos os momentos do universo.

Em vez disso, os investigadores descobriram que quando o Universo era mais jovem (cerca de metade da sua idade actual), a relação entre a luz ultravioleta e os raios X parecia visivelmente diferente daquela que os astrónomos vêem hoje em quasares próximos. Isto aponta para mudanças na forma como o disco de acreção e a coroa interagem ao longo dos últimos 6,5 mil milhões de anos.

“Confirmar uma relação não universal entre raios X e ultravioleta com o tempo cósmico é bastante surpreendente e desafia a nossa compreensão de como os buracos negros supermassivos crescem e irradiam,” disse o Dr. Antonis Georgakakis, um dos autores do estudo.

“Testamos o resultado usando abordagens diferentes, mas parece ser persistente”.

Como os pesquisadores fizeram a descoberta

Para chegar às suas conclusões, a equipa combinou novas observações de raios X do telescópio de raios X eROSITA com dados de arquivo do observatório de raios X XMM-Newton da Agência Espacial Europeia. Juntos, estes conjuntos de dados permitiram aos cientistas analisar as emissões de raios X e ultravioleta de uma amostra excepcionalmente grande de quasares.

A cobertura ampla e consistente do céu fornecida pela eROSITA revelou-se especialmente importante. Permitiu à equipa examinar as populações de quasares numa escala que antes não era possível.

Por que as descobertas são importantes para a cosmologia

A ideia de que a relação ultravioleta e raios X nos quasares é universal está subjacente a alguns métodos que usam quasares como (velas padrão) para mapear a forma do universo e estudar a matéria escura e a energia escura. Os novos resultados sugerem que os cientistas precisam de ser cautelosos, uma vez que a suposição de um ambiente imutável de buraco negro ao longo do tempo cósmico pode não ser válida.

“O principal avanço aqui é metodológico”, disse a pesquisadora de pós-doutorado Maria Chira, do Observatório Nacional de Atenas, que liderou o estudo.

“O rastreio eROSITA é vasto, mas relativamente superficial – muitos quasares são detectados com apenas alguns fotões de raios X. Ao combinar estes dados num quadro estatístico Bayesiano robusto, poderíamos descobrir tendências subtis que de outra forma permaneceriam ocultas.”

O que vem a seguir

As próximas varreduras de todo o céu do eROSITA permitirão aos astrônomos observar quasares ainda mais fracos e distantes. Ao combinar estas observações futuras com pesquisas de raios X e de múltiplos comprimentos de onda da próxima geração, os investigadores esperam determinar se as mudanças observadas reflectem a evolução física real ou são influenciadas pela forma como os dados foram recolhidos.

Estes esforços prometem uma visão mais profunda sobre como os buracos negros supermassivos alimentam os objetos mais brilhantes do Universo e como o seu comportamento se transformou ao longo do tempo cósmico.