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set 20

PG 1302-102: GALEX e Hubble examinam sinais luminosos de buracos negros supermassivos em colisão

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Esta simulação ajuda a explicar o estranho sinal de luz originado possivelmente de um par coeso de buracos negros em processo de fusão, PG 1302-102, localizado a 3,5 bilhões de anos-luz de distância. Crédito: Universidade de Columbia / GALEX

Aprisionados pela gravidade e destinados a se fundir, dois candidatos a buracos negros supermassivos em uma galáxia distante parecem estar emaranhados em uma dança intricada. Cientistas usando dados do GALEX (Galaxy Evolution Explorer) e do Telescópio Espacial Hubble forneceram a confirmação mais convincente, até o momento, para a existência de buracos negros em processo de fusão e encontraram novos detalhes sobre o seu estranho cíclico sinal luminoso.

Os candidatos a buraco negro, denominados pelo nome PG 1302-102, foram identificados pela primeira vez no início de 2015, através de telescópios terrestres. Estes buracos negros são o par orbital mais próximo entre si já detectado até agora, com uma separação não muito maior que o diâmetro do nosso Sistema Solar. Os astrônomos estimam que irão colidir e se fundir dentro de menos de um milhão de anos, disparando uma explosão titânica equivalente a 100 milhões de supernovas.

Os cientistas estão estudando este sistema de buracos negros supermassivos para melhor entender como as galáxias e os monstruosos buracos negros em seus núcleos se fundem, uma ocorrência relativamente comum no Universo jovem. Mas, apesar da incidência relativamente frequente desses eventos, objetos assim são muito difíceis de se encontrar e confirmar.

Contudo, PG 1302-102 é um apenas de uma coleção de diversos bons candidatos a buraco negro binário. Este objeto foi descoberto e anunciado no início deste ano por pesquisadores do California Institute of Technology, Pasadena, EUA, depois de terem examinado o comportamento de um anômalo sinal de luz proveniente do centro de uma distante galáxia. Os cientistas, que usaram telescópios do CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey), demonstraram que o sinal varia provavelmente devido ao movimento de um par binário de buracos negros, que giram entre si a cada cinco anos. É importante lembrar que embora os buracos negros, propriamente ditos, não emitam radiação, o material em queda em torno deles irradia efusivamente.

No estudo publicado em 17 de setembro de 2015 na Nature, os cientistas relataram mais evidências para suportar e confirmar a dança íntima destes buracos negros. Usando dados no espectro do ultravioleta fornecidos tanto pelo GALEX quanto pelo Hubble, os pesquisadores foram capazes de acompanhar as mudanças nos padrões de luz do sistema ao longo dos últimos 20 anos.

David Schiminovich, coautor do artigo e membro da Universidade de Columbia em Nova Iorque, relatou:

Tivemos a sorte de ter dados do GALEX para analisar. Nós nos voltamos para os arquivos do GALEX e descobrimos que o objeto tinha sido observado previamente seis vezes.

O Hubble também observa no visível e em outros comprimentos de onda, particularmente o ultravioleta. Curiosamente, os arquivos do Hubble já continham também registros do objeto, coletados anteriormente.

A radiação ultravioleta foi crucial para testar uma previsão de como os buracos negros geram um padrão cíclico de luminosidade. A ideia é que um dos buracos negros do par está originando mais luz pois está devorando uma maior quantidade de matéria que o outro. O processo de acreção aquece a matéria e emite luz extremamente energética. À medida que este buraco negro orbita o centro de massa do sistema binário a cada cinco anos, a luz produzida muda e parece aumentar de brilho quando se dirige na nossa direção.

Daniel D’Orazio, autor principal do estudo, membro da Universidade de Columbia, explicou:

É como se uma ‘lâmpada de 60 watts’ de repente se transformasse em uma de 100 watts. Além disso, a medida que o buraco negro se desloca na direção contrária à nossa, a ‘lâmpada de 60 watts’ transforma-se numa tênue ‘lâmpada de 20 watts’.

O que está causando essas mudanças na luminosidade?

Um conjunto de alterações se relaciona com o efeito Doppler do “desvio para o azul”, no qual a luz é espremida para comprimentos mais curtos à medida que viaja na nossa direção, do mesmo modo que a sirene de uma ambulância apita em frequências mais altas quando esta se move se aproximando de nós. Outra razão tem a ver com a enorme velocidade do buraco negro.

O buraco negro mais brilhante, de fato, está a viajando quase a 7% da velocidade da luz, em outras palavras, está extremamente rápido. Embora o buraco negro demore cinco anos a orbitar o companheiro, o objeto está viajando por distância enormes. Seria como se um buraco negro desse uma volta em torno do nosso Sistema Solar, estando à distância da Nuvem de Oort (1 ano luz), em apenas cinco anos. A velocidades tão elevadas como esta, conhecidas como velocidades relativísticas, a radiação emitida se modifica sensivelmente.

D’Orazio e colegas modelaram este efeito baseando-se em um artigo anterior e previram como seria seu aspecto no ultravioleta. O time determinou que, se o aumento e a diminuição periódica de brilho, anteriormente vista no visível, fosse, de fato, devido a um efeito de reforço relativístico, então o mesmo comportamento periódico deveria estar presente nos comprimentos de onda ultravioleta, mas ampliados em 2,5 vezes. A radiação ultravioleta medida pelo GALEX e também pelo Hubble coincidiu, de fato, com as estimativas dos astrônomos.

Zoltán Haiman, coautor que concebeu o projeto, também membro da Universidade de Columbia, destacou:

Estamos fortalecendo as nossas ideias sobre o que está acontecendo neste sistema binário de buracos negros e começando a compreendê-lo melhor.

Os resultados vão também ajudar os pesquisadores a entender como encontrar buracos negros em fusão ainda mais íntimos, o que alguns considerariam como o “Santo Graal da Física” e a caça pelas ondas gravitacionais. Nos momentos derradeiros que antecedem a união final entre dois buracos negros, quando giram muito próximos entre si como patinadores numa “espiral da morte”, os cientistas preveem que este cenário crie ondulações no espaço e no tempo. Estas são as “ondas gravitacionais”, cuja existência é explicada pela teoria da gravidade de Albert Einstein, publicada há 100 anos, contendo pistas sobre a fábrica do espaço-tempo do nosso Universo.

As descobertas são uma porta de entrada para a compreensão de outros buracos negros em fusão pelo Universo, uma população que só agora começa a ceder seus segredos.

Fonte

NASA: Funky Light Signal From Colliding Black Holes Explained

Artigo Científico

Relativistic boost as the cause of periodicity in a massive black-hole binary candidate

._._.

1 comentário

  1. Harley Lima Fernandes

    Bela matéria.

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