Podemos ter capturado um buraco negro supermassivo invertendo todo o seu campo magnético

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Representação artística de uma galáxia distante experimentando um aumento repentino de brilho. Créditos: NASA / Universidade Estadual de Sonoma / Aurore Simonnet.

Por Daniel Strain
Publicado na University of Colorado Boulder

Algo estranho está acontecendo na galáxia conhecida como 1ES 1927+654: no final de 2017, e por razões que os cientistas não conseguiram explicar, o buraco negro supermassivo situado no coração desta galáxia passou por uma enorme crise de identidade. Ao longo de alguns meses, o objeto já brilhante, que é tão luminoso que pertence a uma classe de buracos negros conhecidos como núcleos galácticos ativos (NGA), de repente ficou muito mais brilhante – brilhando quase 100 vezes mais do que o normal em luz visível.

Agora, uma equipe internacional de astrofísicos, incluindo cientistas da Universidade de Colorado Boulder (EUA), pode ter identificado a causa dessa mudança. As linhas do campo magnético que atravessam o buraco negro parecem ter virado de cabeça para baixo, causando uma mudança rápida, mas de curta duração, nas propriedades do objeto. Era como se as bússolas na Terra de repente começassem a apontar para o sul em vez do norte.

As descobertas, publicadas no The Astrophysical Journal, podem mudar a forma como os cientistas veem os buracos negros supermassivos, disse o coautor do estudo Nicolas Scepi.

“Normalmente, esperamos que os buracos negros evoluam ao longo de milhões de anos”, disse Scepi, pesquisador de pós-doutorado no JILA, um instituto de pesquisa conjunto entre Universidade de Colorado Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST, na sigla em inglês). “Mas esses objetos, que chamamos de NGAs de aparência variável, evoluem em escalas de tempo muito curtas. Seus campos magnéticos podem ser a chave para entender essa rápida evolução”.

Scepi, ao lado dos membros da JILA Mitchell Begelman e Jason Dexter, primeiro teorizou que tal vira-vira magnético poderia ser possível em 2021.

O novo estudo apoia a ideia. Nele, uma equipe liderada por Sibasish Laha, do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, coletou os dados mais abrangentes até agora sobre esse objeto distante. O grupo baseou-se em observações de sete conjuntos de telescópios no solo e no espaço, rastreando o fluxo de radiação de 1ES 1927+654 enquanto o NGA brilhava e depois diminuía seu brilho.

As observações sugerem que os campos magnéticos dos buracos negros supermassivos podem ser muito mais dinâmicos do que os cientistas acreditavam. E, observou Begelman, este NGA provavelmente não está sozinho.

“Se vimos isso em um caso, definitivamente veremos novamente”, disse Begelman, professor do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias (APS, na sigla em inglês). “Agora sabemos o que procurar”.

Um buraco negro incomum

Begelman explicou que os NGAs são originados de algumas das físicas mais extremas do Universo conhecido.

Esses monstros surgem quando buracos negros supermassivos começam a atrair enormes quantidades de gás das galáxias ao seu redor. Como a água circulando um ralo, esse material girará cada vez mais rápido quanto mais se aproximar do buraco negro – formando um “disco de acreção” brilhante que gera radiação intensa e variada que os cientistas podem ver a bilhões de anos-luz de distância.

Esses discos de acreção também dão origem a uma característica curiosa: eles geram fortes campos magnéticos que envolvem o buraco negro central e, como o próprio campo magnético da Terra, apontam em uma direção distinta, como norte ou sul.

“Há cada vez mais evidências do Telescópio do Horizonte de Eventos e outras observações de que os campos magnéticos podem desempenhar um papel fundamental na influência de como o gás cai nos buracos negros”, disse Dexter, professor assistente da APS.

O que também pode influenciar o brilho de um NGA, como o que está no coração de 1ES 1927+654, através de telescópios.

Em maio de 2018, o aumento de energia desse objeto atingiu um pico, ejetando mais luz visível, mas também muitas vezes mais radiação ultravioleta do que o normal. Na mesma época, as emissões de radiação de raios-X do NGA começaram a diminuir.

“Normalmente, se o ultravioleta aumentar, seus raios-X também aumentarão”, disse Scepi. “Mas aqui, o ultravioleta aumentou, enquanto o raio-X diminuiu muito. Isso é muito incomum”.

Virando a cabeça

Pesquisadores do JILA propuseram uma possível resposta para esse comportamento incomum em um estudo publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society no ano passado.

Begelman explicou que esses recursos estão constantemente puxando gás do espaço exterior, e parte desse gás também carrega campos magnéticos. Se o NGA atrair campos magnéticos que apontam em uma direção oposta à dele – eles apontam para o sul, digamos, em vez do norte – então seu próprio campo enfraquecerá. É um pouco como uma equipe de cabo de guerra puxando uma corda em uma direção anulando os esforços de seus oponentes puxando na outra direção.

Com este NGA, a equipe JILA teorizou, o campo magnético do buraco negro ficou tão fraco que virou de cabeça para baixo.

“Você está basicamente eliminando completamente o campo magnético”, disse Begelman.

No novo estudo, pesquisadores liderados pela NASA começaram a coletar o maior número possível de observações de 1ES 1927+654.

A desconexão entre a radiação ultravioleta e a radiação de raios X acabou sendo a prova concreta. Os astrofísicos suspeitam que um campo magnético enfraquecido causaria exatamente essa mudança na física de um NGA – deslocando o disco de acreção do buraco negro para que ele ejetasse mais luz ultravioleta e visível e, paradoxalmente, menos radiação de raios-X. Nenhuma outra teoria poderia explicar o que os pesquisadores estavam vendo.

O próprio NGA se acalmou e voltou ao normal no verão de 2021. Mas Scepi e Begelman veem o evento como um experimento natural – uma maneira de sondar perto do buraco negro para aprender mais sobre como esses objetos alimentam feixes brilhantes de radiação. Essa informação, por sua vez, pode ajudar os cientistas a saber exatamente que tipos de sinais eles devem procurar para encontrar NGAs mais estranhos no céu noturno.

“Talvez existam alguns eventos semelhantes que já foram observados – nós apenas não sabemos sobre eles ainda”, disse Scepi.