Como medir a rotação de um buraco negro?

Os astrônomos usaram o Observatório de Raios-X Chandra da NASA e da Agência Espacial Europeia (ESA) XMM-Newton para mostrar um buraco negro supermassivo há 6 bilhões de anos-luz da Terra que está girando muito rapidamente. Esta primeira medição direta da rotação de um buraco negro tão distante é um avanço importante para a compreensão de como os buracos negros crescem ao longo do tempo. Os buracos negros são definidos por apenas duas características simples - massa e spin. Embora os astrônomos tenham sido capazes de medir as massas dos buracos negros de forma muito eficaz, determinar seus spins tem sido muito mais difícil. Na última década, os astrônomos têm buscado formas de estimar rodadas para buracos negros em distâncias superiores a vários bilhões de anos-luz de distância, ou seja, vemos a região em torno de buracos negros como era há bilhões de anos. No entanto, a determinação das rotações destes buracos negros remotos envolve vários passos que dependem uns dos outros. "Nós queremos ser capazes de cotar o homem médio, por assim dizer, de determinar os spins dos buracos negros em todo o universo", disse Rubens Reis, da Universidade de Michigan em Ann Arbor. Reis e seus colegas determinaram a rotação do buraco negro supermassivo que está puxando gás circundante, produzindo um quasar extremamente luminoso conhecido como RX J1131-1231 (RX J1131). Por causa do alinhamento fortuito, a distorção do espaço-tempo pelo campo gravitacional de uma galáxia elíptica gigante ao longo da linha de visão para o quasar atua como uma lente gravitacional que amplia a luz do quasar. Lente gravitacional, primeiramente prevista por Einstein, oferece uma rara oportunidade de estudar a região mais interna em quasares distantes, agindo como um telescópio natural e ampliando a luz dessas fontes.

            "Devido a esta lente gravitacional, fomos capazes de obter informações muito detalhadas sobre o espectro de raios-X - ou seja, a quantidade de raios-X observada em diferentes energias - de RX J1131", disse Mark Reynolds também da Universidade de Michigan. "Por sua vez, permitiu-nos obter um valor muito preciso para o quão rápido o buraco negro está girando." Os raios-X são produzidos quando um disco de acreção forma um turbilhão de gás e poeira que circunda o buraco negro e cria uma nuvem de milhões de graus, ou coroa, perto do buraco negro. Raios-X desta coroa jorra para fora da borda interna do disco de acreção. As fortes forças gravitacionais perto do buraco negro alteram o espectro de raios X refletidos. Quanto maior a variação do espectro, mais perto da borda interna do disco deve estar o buraco negro. "Nós estimamos que os raios-X são provenientes de uma região no disco localizado a apenas cerca de três vezes o raio do horizonte de eventos, o ponto de não retorno para absorção", disse Jon M. Miller de Michigan. "O buraco negro deve estar girando muito rapidamente para permitir que um disco sobreviva em um pequeno tal raio." Por exemplo, um buraco negro girando arrasta o espaço ao redor com ele e permite importá-lo para a órbita mais próxima do buraco negro do que é possível a um buraco negro não-girando.

          Ao medir a rotação dos buracos negros distantes, os pesquisadores descobriram pistas importantes sobre como esses objetos crescem ao longo do tempo. Se os buracos negros crescem principalmente de colisões e fusões entre galáxias, eles devem acumular material em um disco estável e o fornecimento regular de material novo desde o disco deve levar a girar rapidamente os buracos negros. Em contrapartida, se os buracos negros crescem através de muitos episódios de acreção pequenas, eles vão acumular material em sentidos aleatórios. A descoberta de que o buraco negro em RX J1131 está girando a mais da metade da velocidade da luz sugere que este buraco negro, observado a uma distância de 6 bilhões de anos-luz, o que corresponde a uma idade cerca de 7,7 bilhão de anos após o Big Bang, tem crescido através de fusões, em vez de sorver material de diferentes direções. A capacidade de medir a rotação do buraco negro sobre uma ampla gama de tempo cósmico deve torná-lo possível estudar diretamente se o buraco negro evolui mais ou menos na mesma proporção que a sua galáxia hospedeira. A medição da rotação do buraco negro RX J1131-1231 é um grande passo nesse caminho e demonstra uma técnica para a montagem de uma amostra de buracos negros supermassivos distantes com observatórios atuais de raios-X. Antes do anúncio desta obra, os buracos negros mais distantes com estimativas de spin diretos foram localizados há 2,5 bilhões e 4,7 bilhões de anos-luz de distância. (Editor PGAPereira).