Raios gama misteriosos podem se originar de buracos negros dormentes

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Simulação de um buraco negro supermassivo. Créditos: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA / ESA / Gaia / DPAC.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

A luz e as partículas mais energéticas do Universo representam um mistério duradouro: não sabemos de onde vêm.

Claro, podemos rastrear algumas; mas há mais radiação gama e neutrinos fluindo pelo Universo do que podemos contabilizar. Muito mais. E os astrônomos acabam de encontrar uma explicação para alguns deles: buracos negros quase adormecidos.

Isso, dizem eles, pode explicar o excesso de raios gama “suaves” no Universo sem depender de elétrons frios (não térmicos) – o que sempre foi uma explicação problemática, porque os elétrons se tornam termalizados em escalas de tempo consideradas muito curtas para gerar altas partículas de energia.

Os raios gama e os neutrinos não são exatamente raros. A radiação gama é a forma de luz mais energética do Universo e foi detectada em energias extraordinariamente altas – a faixa de teraeletronvolt.

Neutrinos, ou partículas-fantasmas, são partículas quase sem massa fluindo pelo Universo, mal interagindo com nada. Esses também detectamos em altas energias.

Para obter essas energias, os fótons e partículas dentro deles requerem a presença de um acelerador cósmico. Devem ser objetos de alta energia, como remanescentes de supernovas ou um buraco negro devorando material ativamente.

Mas mesmo depois de contabilizarmos essas fontes de alta energia, ainda ficamos com um excesso de raios gama em energias “suaves” e mais baixas, bem como um excesso de neutrino, que é difícil de explicar.

De acordo com uma equipe de pesquisadores liderada pelo astrônomo Shigeo Kimura, da Universidade de Tohoku, no Japão, o excesso pode vir de uma fonte inesperada: buracos negros supermassivos que estão quase, mas não totalmente, adormecidos – mas nem totalmente ativos.

Quando um buraco negro supermassivo está ativo, ele é circundado por um imenso disco de poeira e gás que está sendo lentamente sugado para o buraco negro. As imensas forças ativas no espaço ao redor do buraco negro aquecem o material no disco de forma que ele brilha em uma gama de comprimentos de onda eletromagnética, incluindo radiação gama.

Além disso, parte do material é desviado para fora do buraco negro ao longo de suas linhas de campo magnético, que agem como um acelerador, em direção aos polos, onde é lançado ao espaço a uma porcentagem significativa da velocidade da luz.

Acredita-se que cada galáxia tenha um buraco negro supermassivo em seu centro, mas nem todos estão ativos. O buraco negro supermassivo da nossa galáxia, por exemplo, é bastante dormente.

De acordo com Kimura e sua equipe, o excesso de raios gama na faixa de energia mais baixa – megaeletronvolts em vez de giga ou teraeletronvolts – poderia ser produzido por buracos negros supermassivos que estão se acumulando em um nível tão baixo que estão muito mais dimerizados para nossos telescópios aqui na Terra.

A equipe realizou cálculos e descobriu como funcionaria. Embora haja menos material girando em torno desses buracos negros inativos, ainda há alguns, e ainda são aquecidos.

Na verdade, esse plasma quente pode chegar a bilhões de graus Celsius – quente o suficiente para gerar radiação gama na faixa dos megeletronvolt, ou o que chamamos de raios gama “suaves”.

Dentro desse plasma, os prótons podem ser acelerados a altas velocidades. Quando esses prótons de alta energia interagem com a radiação e a matéria, eles podem gerar neutrinos – explicando também o excesso de neutrinos. E há um número suficiente desses silenciosos buracos negros supermassivos no Universo para explicar pelo menos uma proporção significativa desses sinais em excesso.

Até agora, é apenas uma hipótese, mas a matemática confere. Munidos dessas informações, os astrônomos devem ter uma ideia melhor sobre para onde olhar em observações futuras – e o mistério desses inexplicáveis ​​raios gama estará mais perto de ser resolvido.

A pesquisa foi publicada na Nature Communications.