Um evento estelar violento registado em 2024 deu aos astrónomos as evidências mais completas até agora de que um buraco negro consegue torcer o próprio tecido do espaço-tempo ao seu redor.
Esse fenómeno chama-se arrasto de referenciais (frame-dragging), também conhecido como efeito Lense-Thirring. Ao ser observado no centro da galáxia LEDA 145386, a cerca de 400 milhões de anos-luz da Terra, ele ofereceu aos cientistas a oportunidade rara de ver a relatividade geral a funcionar “ao vivo”.
"Isto é um verdadeiro presente para os físicos, pois confirmamos previsões feitas há mais de um século", diz o astrofísico Cosimo Inserra, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido. "Além disso, estas observações também nos dizem mais sobre a natureza dos TDEs – quando uma estrela é despedaçada pelas forças gravitacionais imensas exercidas por um buraco negro."
O que é o arrasto de referenciais (efeito Lense-Thirring)
O arrasto de referenciais é uma consequência prevista pela relatividade geral - e a intuição por trás dele é simples. Imagine mergulhar uma colher em mel e girá-la: o mel começa a rodar junto, com a influência mais forte perto da colher e cada vez menor à medida que a distância aumenta.
Qualquer coisa com massa deforma gravitacionalmente o espaço-tempo. Quando essa massa está a rodar, a deformação vem acompanhada de uma “torção” correspondente. O arrasto de referenciais já foi detetado noutras situações, inclusive na forma como afeta satélites em órbita da própria Terra.
Perto da Terra, porém, o efeito é muito discreto. Já em torno de objetos com alguns milhões de vezes a massa do Sol, como os buracos negros supermassivos, o fenómeno fica muito mais intenso - o que torna esses ambientes excelentes laboratórios para investigar como ele se manifesta.
O problema é que, em geral, os buracos negros supermassivos estão distantes demais para que as suas atividades mais subtis sejam examinadas com detalhe. Por isso, muitas vezes é preciso esperar por um acontecimento cataclísmico - como a destruição de uma estrela - para medir comportamentos difíceis de captar.
O TDE de 2024 no buraco negro de LEDA 145386
Foi exatamente isso o que ocorreu com o buraco negro no centro de LEDA 145386, cuja massa é de aproximadamente 5 milhões de vezes a do Sol.
Em janeiro de 2024, a Instalação Zwicky de Fenómenos Transitórios registou um aumento súbito de brilho do objeto. Os cientistas concluíram que o padrão era compatível com um evento de perturbação por marés (TDE, na sigla em inglês) - o “grito” luminoso emitido quando uma estrela que passa perto demais é rasgada pela gravidade extrema do buraco negro. Esses eventos são conhecidos, mas são raros e chamam muita atenção; por isso, os astrónomos continuaram a monitorizar.
"Quando uma estrela passa perto do buraco negro supermassivo, a forte gravidade do buraco negro estica a estrela e, no fim, despedaça-a, de modo que o material estelar começa a cair sobre ele", explica o astrónomo Santiago del Palacio, da Universidade de Chalmers, na Suécia.
"Um evento assim torna-se muito brilhante; quando um novo foi descoberto por um telescópio ótico, isso levou-nos a começar a observar o buraco negro em diferentes comprimentos de onda o mais rapidamente possível."
Disco de acreção, jatos e a variabilidade de 19,6 dias
Com o passar do tempo, surgiu um padrão inesperado. A cada 19,6 dias, os raios X emitidos pelo buraco negro mudavam de brilho em mais de uma ordem de grandeza. Ao mesmo tempo, a emissão de rádio do objeto também oscilava, com variações de mais de quatro ordens de grandeza. E, de forma reveladora, as flutuações em raios X e em rádio estavam sincronizadas.
Quando um buraco negro “engole” uma estrela, o episódio é chamado de evento de perturbação por marés porque a estrela é desestruturada pelas forças de maré - isto é, pelo gradiente do puxão gravitacional do buraco negro. Nessa situação, a estrela não desaparece imediatamente para lá do horizonte de eventos; em vez disso, as suas partes dilaceradas espalham-se e formam um disco que orbita o buraco negro, caindo gradualmente em direção ao horizonte.
Nem todo o material da estrela acaba por cair. Os astrónomos consideram que uma parte pode ser acelerada ao longo das linhas do campo magnético na direção dos polos do buraco negro, de onde é lançada para o espaço com força enorme, criando jatos colossais de matéria a velocidades próximas à da luz.
O disco de acreção em torno do buraco negro é a origem da radiação em raios X; já a aceleração síncrotron nos jatos gera luz no rádio. O facto de as variações nas duas bandas estarem em fase sugere que toda a estrutura está a bambolear como um pião - um sinal do arrasto de referenciais.
"Essa variabilidade síncrona, quase periódica, de alta amplitude e em múltiplas bandas sugere fortemente um acoplamento rígido entre o disco de acreção e o jato, que precessa como um giroscópio em torno do eixo de rotação do buraco negro", afirma a coautora principal Yanan Wang, da Academia Chinesa de Ciências.
Modelos que consideram disco e jato a oscilarem em conjunto reproduziram resultados semelhantes, reforçando que objetos como o buraco negro turbulento de LEDA 145386 podem servir como laboratório não apenas para estudar processos de acreção e a formação de jatos, mas também para testar a própria relatividade geral.
"Ao mostrar que um buraco negro pode arrastar o espaço-tempo e criar esse efeito de arrasto de referenciais, também começamos a entender a mecânica do processo", diz Inserra.
"Assim, do mesmo modo que um objeto carregado cria um campo magnético quando gira, estamos a ver como um objeto massivo em rotação – neste caso, um buraco negro – gera um campo gravitomagnético que influencia o movimento de estrelas e de outros objetos cósmicos nas proximidades."
A pesquisa foi publicada na revista Avanços da Ciência.
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