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Nova técnica ajuda a descobrir a que distância estão os buracos negros

Daniele Cavalcante
·5 minutos de leitura

Medir distâncias entre a Terra e objetos do universo é uma tarefa fundamental para a astronomia. É que, através dessas medições, os astrônomos conseguem uma série de informações, como onde e quando esses corpos distantes se formaram. Em uma maior escala, é possível usar as medidas para criar um mapa tridimensional mais primorado do cosmos. Agora, um estudo sugere um novo método para realizar essa tarefa.

Para calcular as distâncias, os cientistas dependem da luminosidade do objeto. No entanto, preciso discernir entre a luminosidade aparente e a luminosidade real. Por exemplo, pode ser que uma estrela muito brilhante pareça bem fraca aos nossos olhos porque ela está muito longe. Da mesma forma, pode acontecer de uma estrela muito fraca parecer mais brilhante que as demais por estar mais próxima de nós.

Saber distinguir essas ilusões de ótica que a luminosidade de um objeto pode provocar é importante nesse tipo de estudo. Ainda mais quando o alvo da pesquisa é um buraco negro, que não emite luz nenhuma — mas às vezes possui um disco de matéria acumulada ao seu redor que, esta sim, emite uma enorme quantidade de radiação detectável pelos nossos instrumentos científicos.

Na nova técnica, apelidada de "mapeamento de eco", uma equipe de astrônomos conseguiu medir a luminosidade precisa desses discos brilhantes de buracos negros supermassivos no centro de mais de 500 galáxias. O estudo foi publicado no Astrophysical Journal e contribui para os pesquisadores que usam a luminosidade dos objetos distantes para medir a distância entre eles e a Terra.

(Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech)
(Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech)

O processo começa quando o disco perto do buraco negro fica mais brilhante. Geralmente, esse brilho é visível apenas no raio-X, mas às vezes é tão intenso que libera chamas curtas de luz visível. Essa luz viaja através de várias camadas e anéis de plasma e gás até se afastar do disco e chegar a uma enorme nuvem de poeira em forma de rosca (formato conhecido como toro). Pense nisso como um disco de vinil, onde o selo no centro é o disco de matéria brilhante, e a parte externa do disco é o toro de poeira. O furo no meio é, como você já deve ter deduzido, o buraco negro.

Quando o flash de luz do disco de acreção atinge a parede interna do toro, a luz é absorvida por ele. Às vezes, esse processo impede que encontremos o disco de acreção dos buracos negros, pois a luz visível aos olhos humanos é bloqueada pelo toro. Por outro lado, essa mesma luz bloqueada faz com que a poeira do toro aqueça e libere luz infravermelha. Esse brilho no toro é o que os astrônomos chamaram de "eco", pois reflete e denuncia as mudanças que acontecem no disco.

A distância entre o disco de acreção e o interior do toro de poeira — que na nossa analogia do disco de vinil é o espaço “em branco” entre o final da última música e o selo — é na verdade muito vasta, podendo chegar a bilhões ou trilhões de quilômetros. Mesmo a luz, que, bem, viaja à velocidade da luz, pode levar meses ou anos para cruzar esse espaço “vazio”. Se os astrônomos conseguirem observar tanto o clarão inicial da luz visível no disco de acreção quanto o brilho infravermelho no toro, eles serão capazes de medir o tempo que a luz levou para viajar no espaço “em branco” do nosso disco de vinil.

Tendo em mãos o tempo exato que a luz levou para percorrer uma distância, é possível calcular facilmente essa distância, pois a luz tem uma velocidade sempre constante. Ou seja, teremos aí a distância exata entre o disco luminoso e o toro de poeira. Legal, né? Mas não para por aí. Os cientistas também podem usar esses números para calcular luminosidade do disco e sua distância da Terra. Assim, saberemos a que distância aproximada está o buraco negro supermassivo.

Mas como se calcula a luminosidade do disco? É que nas camadas mais internas desse anel de plasma a temperatura pode chegar a dezenas de milhares de graus. Em temperaturas tão elevadas, é impossível a poeira se formar. O calor do disco também aquece a área ao redor, mas quanto mais longe ela se afasta do disco de acreção, mais a temperatura cai. Sabendo que a poeira só pode se formar quando a temperatura cair para cerca de 1.200 Celsius, e já tendo em mãos a distância entre o disco de acreção e o toro, fica fácil encontrar a produção de energia do disco e, portanto, determinar sua luminosidade.

O problema é que estamos falando de proporções cósmicas, fazendo com que a luz demore para atravessar o espaço entre o disco e o toro. Por isso, o estudo precisou de dados obtidos em quase duas décadas de observações da luz visível de discos de acreção de buracos negros, bem como da detecção de luz infravermelha emitida pela poeira aquecida. Em algumas galáxias analisadas, a luz levou mais de 10 anos para percorrer a distância até o toro.

Embora a técnica não seja uma ideia exatamente nova, este foi o maior estudo já realizado utilizando o método e comprovando que ele pode funcionar para todas as galáxias, independente do tamanho do buraco negro. Entretanto, há ainda obstáculos a serem superados para que a técnica seja utilizada amplamente, entre eles a pouca compreensão que os cientistas têm atualmente sobre a rosquinha de poeira ao redor do disco de acreção.

Esse obstáculo não impedirá o avanço dos astrônomos. Novas missões e estudos ajudarão a aprimorar o método, de acordo com os cientistas. “Podemos medir os ecos da poeira repetidamente para o mesmo sistema para melhorar a medição da distância”, disse Qian Yang, pesquisador da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e principal autor do estudo. Afinal, os buracos negros não vão a lugar nenhum tão cedo.

Fonte: Canaltech

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