Astrônomos descobrem ventos de buraco negro rápidos como forte furacão

Astrônomos identificaram um quasar distante— ou núcleo ativo de uma galáxia— alimentado por um buraco negro supermassivo que lança ventos em uma velocidade recorde de 30% da velocidade da luz, o equivalente a cerca de 323 milhões km/h. Segundo os pesquisadores, trata-se do vento de buraco negro mais rápido já observado especificamente em comprimentos de onda ultravioleta.

O objeto, chamado J2318, abriga um buraco negro com massa estimada em 1,7 bilhão de vezes a massa do Sol e está localizado a cerca de três bilhões de anos-luz da Terra. Embora essa seja uma massa considerada bastante típica para um buraco negro supermassivo, a velocidade dos ventos observados está longe de ser comum, afirmou Patrick Hall, pesquisador da Universidade de York (Canadá) e integrante da equipe.

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“Em termos de velocidade, o vento deste quasar poderia ser chamado de um furacão categoria 79”, disse Lucas Seaton, líder do estudo e pesquisador da Universidade de York, em comunicado. “Cada categoria de furacão é cerca de 20% mais rápida do que a categoria abaixo. Chamar isso de categoria 79 dá uma ideia de quão rápido ele é, mas, é claro, esse vento é diferente de tudo o que existe na Terra.”

A origem desses ventos está no comportamento dos quasares. As galáxias grandes são consideradas lar de um buraco negro supermassivo em seus centros, com massas de milhões ou até bilhões de vezes a do Sol.

Mas nem todos esses gigantes cósmicos alimentam quasares ou emitem ventos tão potentes. Os quasares surgem quando esses buracos negros centrais são cercados por enormes quantidades de gás e poeira, chamadas de discos de acreção, que os alimentam gradualmente. Leia também: Tecnologia: O que movimentou a semana em iPhones, Internet e E-sports

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“Ventos” de buraco negro?

• Como essas massas colossais geram forças gravitacionais intensas, os discos de acreção também sofrem fortes forças de maré, que produzem atrito e fazem o sistema brilhar intensamente em todo o espectro eletromagnético. Essa radiação também empurra matéria para longe dos discos, sob a forma de intensos “ventos” de buraco negro.
• “Nos quasares, muitas vezes vemos ventos de gás empurrados para longe do buraco negro pela luz do quasar”, disse Seaton. “O vento em J2318 pode ser visto em comprimentos de onda ultravioleta, com velocidades de até 30% da velocidade da luz. Ventos ainda mais rápidos podem ser vistos em comprimentos de onda de raios X, mas J2318 é o mais rápido já descoberto em comprimentos de onda ultravioleta”;
• A principal diferença em relação aos ventos terrestres está no fato de que os ventos de buracos negros são impulsionados pela radiação, por partículas de luz chamadas fótons que colidem com os átomos, e não pela pressão do ar.

“Os quasares emitem tantos fótons que esses pequenos impulsos se somam e geram velocidades extremas”, disse Seaton. “O problema é que os fótons também podem remover todos os elétrons dos átomos, tornando-os invisíveis. Como empurrar o gás até as velocidades que vemos enquanto mantemos intactos os íons de carbono e silício que observamos… é um verdadeiro quebra-cabeça!”

Para tentar resolver essa questão, a equipe recorreu a dados observacionais do SDSS-IV Time-Domain Spectroscopic Survey e do SDSS-V Black Hole Mapper, ambos parte do Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Seaton explicou que o sistema funciona como um prisma: “Assim como um arco-íris espalha a luz do Sol em diferentes comprimentos de onda, cores, o SDSS espalha a luz de certas estrelas, galáxias e quasares no que chamamos de seus espectros. A partir desses espectros, com prática, os estudantes aprendem a identificar quasares incomuns.” Mais de tecnologia

Esses espectros detalhados de J2318 revelaram os ventos em alta velocidade do quasar no ultravioleta. O estudo de ventos de buracos negros como esse é considerado importante para entender como as galáxias evoluem, já que esses ventos são a forma como buracos negros supermassivos trocam energia com suas galáxias hospedeiras. Em especial, essa energia pode expulsar gás e poeira, matéria-prima para a formação de estrelas, sufocando o nascimento estelar nas galáxias.

“Esses fluxos extremos carregam quantidades incríveis de energia que podem afetar as galáxias ao redor. Eles funcionam como uma espécie de elo perdido: o feedback elusivo entre a região central ativa de uma galáxia e o restante da galáxia”, disse Paola Rodríguez Hidalgo, professora associada da Universidade de Washington em Bothell.

“Embora esse processo tenha sido incluído em simulações de formação de galáxias por décadas, ainda há muito trabalho a ser feito para entendê-lo por meio de observações e garantir que as simulações o tratem corretamente.” Leia também: Nvidia e LG se juntam para desenvolver robôs humanoides e data centers de IA

A equipe e outros astrônomos devem continuar buscando ventos de buracos negros de alta velocidade na radiação ultravioleta, mas não estão confiantes de que encontrarão algo tão rápido quanto o de J2318.

“Não será fácil encontrar um outflow ultravioleta mais rápido do que o de J2318, mas estamos continuando essa busca do Universo próximo até os confins mais distantes do Universo que podemos ver”, concluiu Flores.

A pesquisa da equipe foi publicada na quinta-feira (4) no The Astrophysical Journal.

Rodrigo Mozelli

Rodrigo Mozelli é jornalista formado pela Universidade Metodista de São Paulo (UMESP) e, atualmente, é redator do Olhar Digital.

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