Uma equipa internacional de astrónomos liderada por um estudioso do IAS identificou uma regra universal que rege um dos comportamentos mais dramáticos dos buracos negros: a produção de jatos poderosos.
Os investigadores descobriram que os buracos negros podem lançar jatos na mesma fase crítica do seu ciclo nutricional, independentemente do seu tamanho. Estes incluem buracos negros de “massa estelar” com cerca de dez vezes a massa do nosso Sol, bem como buracos negros supermassivos milhões de vezes mais massivos.
O trabalho foi liderado por Andrew Mummery, Martin A. e Helen Chooljian (2025-30), membros da Escola de Ciências Naturais do Instituto de Estudos Avançados, e Adele Goodwin, Forrest Research Foundation Fellow no Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia da Curtin University, na Austrália Ocidental.
Observando buracos negros destruindo estrelas
publicado em astronomia da natureza Sob o título “Uma taxa de acreção crítica universal para a formação de jatos de buracos negros”, o estudo reúne anos de observações em múltiplos comprimentos de onda. Os pesquisadores combinaram dados de telescópios dos EUA, Austrália, Índia, África do Sul e do espaço.
O seu foco estava nos fenómenos de perturbação das marés, que ocorrem quando uma estrela passa tão perto de um buraco negro supermassivo que a intensa força gravitacional a despedaça. Estes eventos deram à equipa uma rara oportunidade de observar como um buraco negro se comporta depois de receber subitamente um grande fornecimento de material estelar.
“Queríamos realmente resolver esse enorme quebra-cabeça”, disse Mummery. “Por que alguns buracos negros supermassivos emitem jatos de rádio imediatamente após despedaçar uma estrela, enquanto outros ficam completamente adormecidos e de repente acendem seus jatos meses ou anos depois?”
Os buracos negros são frequentemente comparados a aspiradores cósmicos, mas o seu comportamento alimentar é muito mais confuso. “Quando um buraco negro destrói uma estrela, ele não engole tudo perfeitamente”, disse Goodwin.
Parte do material estelar cai em direção ao buraco negro, enquanto grande parte dele pode ser violentamente expelida para o espaço através de fluxos poderosos. Esses gigantescos “arrotos” cósmicos podem transportar material por vastas distâncias e influenciar significativamente a evolução das galáxias que contêm.
Uma maneira mais rápida de estudar buracos negros supermassivos
Os astrónomos suspeitam há muito tempo que os buracos negros seguem as mesmas leis físicas básicas, apesar das enormes diferenças nas suas massas. Essa ideia é difícil de confirmar porque as mudanças em torno dos buracos negros supermassivos podem normalmente ocorrer ao longo de milhares ou milhões de anos.
Os fenómenos de interferência das marés oferecem uma forma de lidar com esse problema. Quando uma estrela entra em colapso, o anel alimentar resultante em torno do buraco negro supermassivo pode crescer em apenas alguns anos. Isto dá aos cientistas uma visão muito rápida dos processos que de outra forma seriam extremamente difíceis de rastrear em tempo real.
O principal insight por trás do novo estudo surgiu em um cenário inesperado. Durante uma conferência de astrofísica em Madrid, Mummery e Goodwin estavam a conversar num bar quando perceberam que as mesmas regras que regem a produção de jactos em pequenos buracos negros também se poderiam aplicar a buracos negros supermassivos.
Dois estágios distintos do jato do buraco negro
Para testar esta ideia, os investigadores examinaram vinte eventos de perturbação de marés utilizando observações em luz óptica, luz ultravioleta, raios X e ondas de rádio.
Em última análise, reduziram a amostra a dez eventos de alta qualidade para os quais puderam determinar com segurança tanto a taxa de alimentação do buraco negro como o momento da sua saída de rádio.
A análise revelou dois períodos distintos em que os jatos poderiam se formar.
A primeira ocorre rapidamente, enquanto o buraco negro consome material a uma taxa extremamente alta. A segunda aparece muito mais tarde, centenas a milhares de dias após o colapso inicial da estrela.
Numa fase posterior, a taxa de nutrição do buraco negro cai para cerca de dois por cento do seu limite de Eddington, o ponto em que a pressão externa da radiação equilibra a atração da gravidade para dentro.
Esse limite de dois por cento é particularmente importante porque já se sabe que desencadeia a formação de jatos em buracos negros muito menores na nossa galáxia. Encontrar um limite semelhante em buracos negros supermassivos mostra que esta parte da física dos buracos negros funciona essencialmente da mesma maneira numa enorme gama de massas.
prever quando os buracos negros explodirão
Esta descoberta também pode ter valor prático para os astrónomos.
Se os investigadores conseguirem prever quando é provável que os buracos negros produzam jactos atrasados, poderão programar observações de forma mais eficiente e aumentar as suas hipóteses de detectar estes eventos de curta duração.
Isto pode fazer melhor uso de telescópios altamente solicitados e reduzir o número de observações feitas quando se espera menos atividade.
A capacidade de prever estas explosões poderá ser particularmente útil para futuros grandes observatórios, incluindo o projecto de radiotelescópio Square Kilometer Array, que deverá começar a recolher dados científicos em 2028.
“Esperamos que o nosso trabalho leve a descobertas ainda mais profundas sobre o nosso universo”, disse Mummery.
