Os buracos negros estão entre os objetos mais extremos do Universo. Em certas condições, conseguem lançar matéria para o exterior a velocidades muito próximas da da luz, sob a forma de feixes intensos de plasma conhecidos como jatos. Estes jatos são frequentemente considerados alguns dos fenómenos mais energéticos do cosmos.
O nosso novo trabalho, publicado hoje na Nature Astronomy, põe essa ideia à prova. Concluímos que algo aparentemente tão comum como o "vento" de uma estrela pode rivalizar - e até influenciar - o comportamento destes jatos poderosos.
Uma valsa cósmica
O sistema Cygnus X-1 é, na prática, uma valsa cósmica entre um buraco negro e uma estrela massiva.
O buraco negro de Cygnus X-1 foi o primeiro alguma vez descoberto. Tem cerca de 21 vezes a massa do nosso Sol, concentrada numa região com aproximadamente 100 quilómetros de diâmetro.
Este buraco negro integra um sistema binário com uma estrela companheira muito maior, com quase 40 vezes a massa do Sol. Ambos orbitam um em torno do outro e completam uma volta a cada 5.6 dias.
Há cerca de 20 000 anos que o buraco negro "se alimenta" de material dessa estrela. Consegue-o ao capturar o forte vento estelar emitido pela companheira, graças ao seu intenso campo gravitacional.
Parte da matéria capturada acaba por desaparecer no interior do buraco negro, atravessando o ponto de não retorno (o chamado horizonte de eventos) numa viagem sem regresso. Os campos magnéticos em turbilhão, arrastados para dentro juntamente com o gás, estão na origem do lançamento de jatos que se deslocam quase à velocidade da luz.
Estes jatos transportam energia desde as imediações do buraco negro para distâncias um bilião de vezes maiores, atingindo cerca de 16 anos-luz.
Ao longo dos últimos 20 000 anos, a sua ação insuflou uma bolha gigantesca de gás quente no espaço interestelar circundante. No entanto, apesar da sua relevância, medir a potência instantânea destes jatos tinha permanecido um grande desafio - até agora.
O casal poderoso
Os ventos estelares são fluxos de partículas expelidas da superfície de uma estrela pela pressão da luz dirigida para o exterior. Quando o vento solar do nosso Sol se intensifica de forma particular, pode provocar auroras ao fazer com que as partículas embatam no campo magnético da Terra.
No caso de Cygnus X-1, a estrela companheira é tão massiva e tão luminosa que perde, através do seu vento, 100 milhões de vezes mais massa do que o Sol - e acelera esse material a velocidades três vezes superiores.
No nosso estudo, obtivemos imagens dos jatos com resolução muito elevada combinando telescópios separados por milhares de quilómetros. Trata-se da mesma abordagem usada pelo Telescópio do Horizonte de Eventos para produzir a primeira imagem de um buraco negro.
Descobrimos que o vento da estrela companheira em Cygnus X-1 é suficientemente forte para curvar os jatos lançados pelo buraco negro. Isto evidencia até que ponto os ventos de estrelas massivas podem ser extraordinariamente potentes.
À medida que o buraco negro orbita a estrela, o vento estelar empurra continuamente contra os jatos, afastando-os da companheira. O resultado é uma mudança de direção - tal como, na Terra, o vento pode desviar a água de uma fonte.
Vistos a partir da Terra, os jatos parecem "dançar" em sintonia com o movimento orbital do sistema. Ao modelarmos esta dança cósmica, conseguimos medir pela primeira vez a potência instantânea dos jatos, verificando que equivale à de 10 000 sóis.
O défice de calorias na dieta de um buraco negro
Perceber como os buracos negros utilizam a sua energia ajuda-nos a compreender de que forma as galáxias evoluem.
Quando a matéria cai na direção de um buraco negro, uma parte contribui para o crescimento do próprio buraco negro. Porém, uma fração significativa pode ser desviada para os jatos, devolvendo energia ao meio que os rodeia.
Nos buracos negros mais massivos, localizados nos centros das galáxias, os jatos têm capacidade para moldar as galáxias hospedeiras e influenciar estruturas cósmicas ainda maiores.
Conseguimos estimar a rapidez com que um buraco negro se alimenta através dos raios X produzidos pelo material em queda. Ainda assim, até agora, faltava-nos uma forma direta de medir quanta energia, em cada momento, estava a ser canalizada para estes jatos.
A nossa medição da potência dos jatos em Cygnus X-1 oferece uma nova forma de "equilibrar o orçamento energético" dos buracos negros.
Ao compararmos a taxa a que um buraco negro se alimenta com a quantidade de energia que os jatos transportam para longe, torna-se possível afinar simulações computacionais do Universo. Isto ajuda-nos a perceber como os buracos negros influenciam o Universo às maiores escalas.
Esta dança cósmica entre um buraco negro e uma estrela massiva revela mais do que um jato curvado. Mostra como até os fenómenos mais energéticos, como os jatos, são moldados pelo ambiente que os envolve.
Ao observarmos os jatos "dançantes" em Cygnus X-1, melhorámos a nossa compreensão de como os buracos negros influenciam a evolução do próprio cosmos.
Steve Prabu, Professor Auxiliar, Escola de Engenharia Elétrica, Computação e Ciências Matemáticas, Universidade Curtin; Universidade de Oxford; e James Miller-Jones, Professor, Instituto Curtin de Astronomia de Rádio, Universidade Curtin
Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário