Uma equipa internacional de astrónomos encontrou fortes evidências de que o material que rodeia os buracos negros supermassivos não permaneceu inalterado ao longo da história do Universo. As descobertas sugerem que a estrutura e o comportamento deste material podem ter mudado ao longo de milhares de milhões de anos.
O estudo, liderado por pesquisadores do Observatório Nacional de Atenas, foi publicado em Avisos mensais da Royal Astronomical Society. Se confirmados, estes resultados desafiariam ideias fundamentais em astronomia que guiaram a investigação durante quase 50 anos.
O que torna os quasares tão brilhantes
Os quasares foram descobertos pela primeira vez na década de 1960 e estão entre os objetos mais luminosos conhecidos. A razão pela qual brilham tão intensamente é que são alimentados por buracos negros supermassivos que puxam o material circundante. À medida que este material espirala para dentro sob a força da gravidade massiva, ele forma um disco giratório antes de cair no buraco negro.
O atrito dentro deste disco aquece o material a temperaturas extremas. Como resultado, emite 100 a 1.000 vezes mais luz do que toda a galáxia, que consiste em cerca de 100 mil milhões de estrelas. Este brilho esmagador permite que os quasares ofusquem as suas galáxias hospedeiras e permitam que sejam vistos por telescópios a vastas distâncias cósmicas.
Dos raios ultravioleta aos poderosos raios X
O disco luminoso que envolve um buraco negro produz grandes quantidades de luz ultravioleta. Os cientistas acreditam que esta luz desempenha um papel fundamental na produção dos raios X mais energéticos emitidos pelos quasares. À medida que os raios UV viajam para fora, eles passam através de uma nuvem de partículas energéticas muito perto do buraco negro, uma região chamada “coroa”.
Quando a luz UV interage com essas partículas, ela ganha energia e é convertida em intensa radiação de raios X. Esses raios X podem então ser detectados por observatórios espaciais.
Relação cósmica de longa data posta em causa
Dado que ambos os tipos de luz se originam perto do mesmo buraco negro, os astrónomos sabem há muito tempo que as emissões ultravioleta e de raios X dos quasares estão intimamente relacionadas. Normalmente, a luz UV mais brilhante anda de mãos dadas com uma saída de raios X mais forte. Esta relação foi descoberta há quase cinquenta anos e fornece pistas importantes sobre as condições físicas próximas dos buracos negros supermassivos.
O novo estudo desafia a suposição de que esta ligação é universal. Esta hipótese sugere que a estrutura da matéria que rodeia um buraco negro é essencialmente a mesma em todo o universo e em todos os momentos.
Em vez disso, os investigadores descobriram que quando o Universo era jovem (cerca de metade da sua idade actual), a relação entre o ultravioleta e os raios X parecia marcadamente diferente daquela que os astrónomos vêem hoje em quasares próximos. Isto sugere que a forma como o disco de acreção e a coroa interagem mudou aproximadamente ao longo dos últimos 6,5 mil milhões de anos.
Antonis Georgakakis, um dos autores do estudo, disse: “Confirmar uma relação não universal entre os raios X e os raios UV e o tempo cósmico é bastante surpreendente e desafia a nossa compreensão de como os buracos negros supermassivos crescem e emitem radiação”.
“Testamos os resultados usando métodos diferentes, mas parece ser duradouro”.
Como os pesquisadores fizeram essa descoberta
Para tirar as suas conclusões, a equipa combinou observações recentes de raios X do telescópio de raios X eROSITA com dados de arquivo do Observatório de Raios X XMM-Newton da Agência Espacial Europeia. Estes conjuntos de dados permitem aos cientistas analisar as emissões de raios X e ultravioleta de uma amostra invulgarmente grande de quasares.
A cobertura ampla e consistente do céu fornecida pela eROSITA revelou-se particularmente importante. Isto permite à equipa examinar as populações de quasares numa escala anteriormente impossível.
Por que essas descobertas são importantes para a cosmologia
A ideia de que a relação entre ultravioleta e raios X em quasares é universal é a base para alguns métodos que usam quasares como (velas padrão) para mapear a forma do universo e estudar a matéria escura e a energia escura. Os novos resultados sugerem que os cientistas precisam de ser cautelosos porque a suposição de que o ambiente de um buraco negro permanece constante ao longo do tempo cósmico pode não ser válida.
“O principal avanço aqui é a metodologia”, disse Maria Chira, pesquisadora de pós-doutorado no Observatório Nacional de Atenas que liderou o estudo.
“A pesquisa eROSITA é ampla, mas relativamente superficial – muitos quasares são detectados com apenas um punhado de fótons de raios X. Ao combinar esses dados em uma poderosa estrutura estatística bayesiana, podemos descobrir tendências sutis que de outra forma ficariam ocultas.”
o que acontece a seguir
A próxima varredura de todo o céu eROSITA permitirá aos astrônomos observar quasares mais fracos e distantes. Ao combinar estas observações futuras com pesquisas de raios X de próxima geração e de múltiplos comprimentos de onda, os investigadores esperam determinar se as mudanças observadas reflectem a verdadeira evolução física ou são afectadas pela forma como os dados são recolhidos.
Estes esforços prometem uma compreensão mais profunda de como os buracos negros supermassivos alimentam os objetos mais brilhantes do Universo e como o seu comportamento muda ao longo do tempo cósmico.
