Gás fluindo em direção a um buraco negro

O fluxo de gás quente em direção a um buraco negro foi imageado claramente pela primeira vez em raios-X.

© Chandra (NGC 3115 e no destaque região com um buraco negro)

As observações feitas com o Observatório de Raios-X Chandra da NASA ajudarão a rastrear dois dos mais fundamentais problemas da astrofísica moderna: entender como os buracos negros crescem e como a matéria se comporta no ambiente de intensa gravidade.

O buraco negro está no centro da grande galáxia conhecida como NGC 3115, que está localizada a aproximadamente 32 milhões de anos-luz de distância da Terra. Uma grande quantidade de dados anteriores mostraram material caindo em direção e para dentro do buraco negro, mas ninguém até hoje tinha uma imagem clara do gás quente.

Imageando o gás quente em distâncias diferentes desse supermassivo buraco negro, os astrônomos conseguem observar os limites críticos onde o movimento do gás torna-se dominado pela gravidade do buraco negro e cai em direção ao interior do objeto. Essa distância do buraco negro é conhecida como “Raio de Bondi”.

“É muito animador encontrar evidências claras do gás ao alcance de um buraco negro massivo”, disse Ka-Wah Wong da Universidade do Alabama, que liderou o estudo. “O poder de resolução do Chandra fornece uma oportunidade única de entender mais sobre como os buracos negros capturam material estudando esse objeto próximo”.

À medida que o gás flui em direção ao buraco negro, ele é espremido, fazendo com que ele fique mais quente e mais brilhante, uma assinatura agora confirmada pelas observações feitas em raios-X. Os pesquisadores encontraram um aumento na temperatura do gás que começa a aproximadamente 700 anos-luz de distância do buraco negro, dando assim a localização do Raio de Bondi. Isso sugere que o buraco negro no centro da NGC 3115 tem uma massa de aproximadamente dois bilhões de vezes a massa do Sol, fazendo dele o buraco negro desse tamanho mais perto da Terra.

Os dados do Chandra também mostram que o gás perto do buraco negro no centro da galáxia é mais denso que o gás distante, como previsto. Usando as propriedades observadas do gás e as premissas teóricas, a equipe então estimou que a cada ano o gás ganha 2 por cento mais de massa do Sol quando está sendo puxado para além do Raio de Bondi em direção ao buraco negro.

Fazendo certas premissas sobre como grande parte da energia do gás se transforma em radiação, os astrônomos esperariam encontrar uma fonte que é mais de um milhão de vezes mais brilhante em raios-X do que é vista no NGC 3115.

“Um grande mistério na astrofísica é como a área ao redor dos buracos negros massivos podem permanecer tão apagadas, quando existe uma grande quantidade de combustível disponível para acendê-lo”, disse o co-autor do trabalho Jimmy Irwin, também da UA em Tuscaloosa. “Esse buraco negro é um modelo para se estudar esse problema”.

Existem pelo menos duas possíveis explicações para essa discrepância. A primeira é que muito menos material na verdade cai dentro do buraco negro do que flui dentro do Raio de Bondi. Outra possibilidade é que a conversão de energia  em radiação é muito menos eficiente do que se tem assumido.

Modelos diferentes descrevem o fluxo do material no buraco negro fazendo diferentes previsões de quão rapidamente a densidade do gás é vista aumentando à medida que ela se aproxima do buraco negro. Uma determinação mais precisa do aumento na densidade a partir de futuras observações devem ajudar os astrônomos a decidirem sobre esses modelos.

Fonte: The Astrophysical Journal Letters