Os astrônomos observaram uma estrela oscilando em órbita em torno de um buraco negro supermassivo voraz que a está destruindo e devorando seu material estelar. A observação é evidência de um fenômeno raro e evasivo chamado “precessão de lente-Teering”, ou “arrasto de quadro”, no qual um buraco negro girando rapidamente arrasta o tecido circundante do espaço e do tempo com seu movimento.
Isso pairando tempo e espaço Apareceu originalmente em Albert EinsteinTeoria de 1915 relatividade geralque prevê que objetos com massa “distorcem” a estrutura do espaço e do tempo (unificados em uma única entidade chamada espaço-tempo) e que a gravidade resulta desse efeito geométrico. Quanto maior a massa de um objeto, maior será o seu impacto no espaço-tempo e, portanto, maior será o impacto da gravidade. Em 1918, os físicos austríacos Josef Lense e Hans Thirring usaram a relatividade geral para solidificar o conceito de objetos gigantes em rotação que arrastam o espaço-tempo.
“Nosso estudo mostra a evidência mais convincente até agora da precessão Lens-Tirling – que os buracos negros arrastam o espaço-tempo como um pião arrastando água em um vórtice”, disse Cosimo Inserra, membro da equipe, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, em um comunicado. “Este é um verdadeiro presente para os físicos porque confirmamos previsões feitas há mais de um século. Não só isso, estas observações dizem-nos mais sobre a natureza dos eventos de perturbação das marés – quando uma estrela é dilacerada pela imensa atração gravitacional exercida por um buraco negro.”
Cuidado com a agitação
A equipe começou a estudar a precessão de Lense-Thirring estudando um TDE chamado AT2020afhd usando dados de raios X coletados pela espaçonave Neil Gehrels Swift Observatory (Swift) da NASA e observações de ondas de rádio do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da Terra.
A expansão das marés ocorre quando uma estrela se aproxima demasiado de um buraco negro supermassivo, e a enorme influência gravitacional do titã cósmico – que tem uma massa equivalente a milhares de milhões de sóis – cria forças de maré no interior da estrela que a comprimem horizontalmente e, ao mesmo tempo, a estica verticalmente. Este processo, conhecido como “espaguetificação”, cria um fio de espaguete estelar que gira em torno do buraco negro como macarrão em torno de um garfo, formando uma nuvem plana chamada disco de acreção.
O material do disco de acreção é gradualmente canalizado em direção ao buraco negro, mas estes titãs que dominam a galáxia são notórios engolidores do caos, com algum material sendo canalizado para longe dos pólos do buraco negro por poderosos campos magnéticos. A partir daí, o material é ejetado na forma de jatos gêmeos de plasma próximo à velocidade da luz.
Os discos de acreção dos buracos negros produzidos por esses TDEs e os jatos dos quais eles irrompem emitem radiação brilhante em todo o espectro eletromagnético e, como essa radiação vem diretamente de fora do buraco negro, eles deveriam ser afetados pela precessão de Lense-Thirring. Este efeito traduz-se numa “oscilação” nas órbitas da matéria no disco de acreção em torno do buraco negro supermassivo. Na verdade, enquanto observava o AT2020afhd, a equipa observou mudanças rítmicas nos raios X e nas ondas de rádio deste TDE, o que significa que o disco de acreção e os jatos oscilaram em uníssono, um movimento que se repetia a cada 20 dias terrestres.
“Ao contrário dos TDEs estudados anteriormente que tinham sinais de rádio estáveis, o sinal do AT2020afhd mostrou mudanças de curto prazo que não poderíamos atribuir à energia libertada pelo buraco negro e pelos seus componentes circundantes”, continuou Inserra. “Isto confirma ainda mais o efeito de arrasto nas nossas mentes e dá aos cientistas uma nova forma de detectar buracos negros.”
Ao modelar dados do Swift e do VLA, a equipe conseguiu confirmar que essas mudanças foram resultado do arrastamento de quadros. Uma análise mais aprofundada destes resultados pode ajudar os cientistas a compreender melhor a física por trás do efeito Lense-Thirring.
“Ao mostrar que os buracos negros podem arrastar o espaço-tempo e criar este efeito de arrasto de fotogramas, também estamos a começar a compreender o mecanismo deste processo”, disse Incerra. “Assim, tal como um objeto carregado cria um campo magnético à medida que gira, vemos como um objeto massivo em rotação, neste caso um buraco negro, pode criar um campo magnético gravitacional que afeta o movimento de estrelas próximas e de outros objetos cósmicos.
“É um lembrete de que, especialmente durante a época de férias, quando olhamos maravilhados para o céu noturno, temos a oportunidade de reconhecer objetos ainda mais extraordinários na variedade e no sabor que a natureza produz”.
As descobertas da equipe foram publicadas no jornal na quarta-feira (10 de dezembro) Progresso científico.
