Astrônomos agora dizem que buracos negros expulsam mais matéria que engolem

Com informações da Agência Fapesp - 31/08/2020

Galáxia NGC 4151 (à esquerda) com um zoom na região central (à direita). O círculo na imagem da direita delimita a região do fluxo de expulsão de matéria, de onde o gás ejetado se propaga com altas velocidades e atinge distâncias muito maiores.
[Imagem: Adam Block/Universidade do Arizona e Judy Schmidt]

De "captura tudo" a "expulsa a maior parte"

A ciência dos buracos negros parece cada dia mais confusa, com estudos publicados indo do tradicional "aspirador de pó cósmico", em que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar da singularidade, e dos cinematográficos buracos negros podem ser janelas para universos paralelos, até os contestadores buracos negros não existem e versões mais recentes, como buracos negros podem ser hologramas.

Astrofísicos brasileiros participaram agora de mais uma proposta que também contesta a visão mais difundida pelos cientistas sobre o que seriam esses aglomerados extremos de matéria: Segundo eles, os buracos negros podem expulsar mil vezes mais matéria do que capturam.

O mecanismo que rege tanto a expulsão quanto a captura de matéria por um buraco negro é o "disco de acreção", constituído por uma grande quantidade de gás e poeira que espirala em torno do buraco negro, alcança velocidades extremamente elevadas, se aquece e emite luz e outras formas de radiação eletromagnética.

Uma parte do material em movimento orbital é puxada em direção ao centro, desaparecendo atrás do chamado "horizonte de eventos", a fronteira a partir da qual nem a matéria e nem a luz conseguem escapar. Mas outra parte, e muito maior, é empurrada para fora e para longe pela própria pressão da radiação emitida pelo disco, defendem Daniel May, do Instituto de Astronomia da USP, e seus colegas.

Os cientistas acreditam que no centro de todas as galáxias existe um buraco negro supermassivo. Mas nem todas as galáxias têm ou tiveram discos de acreção. As que têm são chamadas de galáxias de núcleos ativos. O modelo tradicional distingue duas fases no material acumulado na região central das galáxias de núcleos ativos: uma parte formada por gás ionizado em alta velocidade, composta pelo material ejetado pelo núcleo, e outra formada por moléculas, com velocidade menor, que pode vir a alimentar o núcleo.

"Verificamos que a fase molecular, que parece ter uma dinâmica completamente diferente da fase ionizada, também faz parte [do fluxo de ejeção]. Isso significa que há muito mais matéria sendo soprada para longe do centro. E que o núcleo ativo tem um papel muito mais importante na estruturação da galáxia como um todo," explica Daniel.

Fluxo de ejeção do buraco negro

Os exemplos de buracos negros ejetando mais matéria que engolindo foi identificado por Daniel a partir do estudo de duas galáxias de núcleos ativos: a NGC 1068, investigada por ele em 2017, e a NGC 4151, investigada em 2020 - a sigla NGC refere-se ao New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars (Novo Catálogo Geral de Nebulosas e Aglomerados de Estrelas), estabelecido no final do século 19.

Esse um campo fértil, com muitos físicos tentando descartar os buracos negros e o Big Bang, enquanto outros mostram em seus cálculos que buracos negros são matematicamente impossíveis.
[Imagem: UNC]

"Usando uma metodologia de tratamento de imagem muito meticulosa, identificamos o mesmo padrão em duas galáxias bastante diferentes. Hoje em dia, a maioria dos astrônomos está interessada em estudar amostras muito grandes de dados. Nosso trabalho seguiu o caminho oposto. Investigamos de forma quase artesanal as características individuais desses dois objetos.

"Nosso estudo sugere que, inicialmente, uma nuvem de gás molecular na região central da galáxia colapse e ative o seu núcleo, formando o disco de acreção. Os fótons emitidos pelo disco, que alcança um patamar de temperatura da ordem do milhão de graus, empurram a maior parte do gás para fora e para longe, enquanto uma parte menor é incorporada pelo próprio disco e, eventualmente, imerge no buraco negro.

À medida que essa nuvem vai sendo soprada pelo disco, formam-se as duas fases distintas: a ionizada, devido à exposição ao disco; e a molecular, que fica à sombra da sua radiação. O que descobrimos foi que a parte molecular está totalmente vinculada à parte ionizada que compõe o [fluxo de ejeção]. Conseguimos relacionar as duas fases do gás, que antes eram concebidas como desconexas, e encaixar suas morfologias em um único cenário," resume o pesquisador.

Efeitos do buraco negro

Daniel explica que o gás ionizado surge da fragmentação desse gás molecular. Enquanto se fragmenta, este vai sendo empurrado para fora, formando uma bolha quente em expansão, que atinge raios da ordem de 300 anos-luz. Para efeito de comparação, vale lembrar que esse raio é quase 70 vezes maior do que a distância da Terra a Próxima Centauri, a estrela que está mais perto do Sistema Solar.

"Quando observamos a região central dessas duas galáxias, enxergamos essa enorme bolha de perfil, delineada por suas paredes de moléculas. Vemos essas paredes se fragmentando e o gás ionizado sendo empurrado para fora. O disco de acreção aparece como um ponto extremamente brilhante. Mas toda a informação que nos chega dele cai dentro de um píxel, de modo que não temos resolução suficiente para diferenciar suas possíveis partes. O buraco negro é conhecido apenas por meio de seus efeitos," explica o pesquisador.

Daniel ressalta que, no Universo antigo, havia muito mais gás disponível, de modo que o efeito de um processo como o descrito por ele era bem mais intenso. O que o pesquisador observou em galáxias relativamente próximas, como a NGC 1068 e a NGC 4151, é uma forma branda do que ocorreu em galáxias muito distantes, cujos núcleos ativos no passado remoto são detectados hoje na forma de quasares.

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