O jato de precessão do M87 revela a rotação rápida do buraco negro – Physics World

O jato de precessão do M87 revela a rotação rápida do buraco negro – Physics World

Carimbo de data / hora: 6 de outubro de 2023 9h00

Impressão artística do buraco negro no centro de M87
Modelo de disco de acreção inclinado Impressão artística do buraco negro no centro de M87, mostrando como o disco de acreção e o jato estão desalinhados com o eixo de rotação do buraco negro. (Cortesia: Yuzhu Cui et ai. (2023), Intouchable Lab@Openverse e Zhejiang Lab)

O jato relativístico que emana do buraco negro no coração da galáxia Messier 87 (M87) está oscilando à medida que é arrastado pelo buraco negro giratório, descobriram novas observações de rádio. Esta é a primeira evidência direta de que jatos poderosos de galáxias ativas são impulsionados por buracos negros que giram rapidamente, e não lentamente.

M87 é a galáxia elíptica gigante encontrada no coração do aglomerado de galáxias de Virgem, a 55 milhões de anos-luz de distância. É famoso por abrigar o primeiro buraco negro supermassivo a ter sua “sombra” fotografado pelo Telescópio Event Horizon, em 2019. M87 também produz um poderoso jato de partículas carregadas que se estende por pelo menos 5000 anos-luz do buraco negro. Este jato é tão grande e brilhante que é visível até mesmo em imagens tiradas por astrônomos amadores com equipamentos de jardim.

Embora M87 tenha sido a primeira galáxia encontrada a abrigar um jato relativístico há mais de um século, sabe-se agora que milhares de galáxias e quasares possuem jatos. O material nesses jatos é dragado por campos magnéticos de um disco de acreção de material que gira em torno do buraco negro. A teoria postulou que a energia do jato é extraída da energia rotacional do buraco negro.

Agora, uma equipe internacional de astrônomos – liderada por Yuzhu Cui do Laboratório Zhejiang em Hangzhou, China, e Kazuhiro Hada da Universidade de Pós-Graduação em Estudos Avançados do Japão e do Observatório Astronômico Nacional do Japão – fez as primeiras observações que apoiam diretamente esta teoria, publicando os resultados em Natureza.

“Uma das implicações mais importantes deste estudo é que um buraco negro giratório é essencial para gerar um poderoso jato relativístico como visto em M87 e outras galáxias de rádio ou quasares”, diz Hada. Mundo da física.

“Se o resultado se confirmar, seria realmente um salto gigantesco na nossa compreensão dos jatos”, acrescenta Yannis Liodakis da Universidade de Turku, na Finlândia, que não esteve envolvido no estudo. Em 2022, Liodakis foi o autor principal de um em papel Natureza que encontrou frentes de choque e turbulência no jato do M87.

Pião

Combinando 17 anos de observações de radioastronomia do Rede VLBI do Leste Asiático (EAVN), o Matriz de linha de base muito longa (VLBA), a matriz conjunta de KVN e VERA (KaVA) E do Rede VLBI do Leste Asiático à Itália Quase Global (EATING), totalizando mais de 20 radiotelescópios no total, Hada e a equipe descobriram que o jato do M87 está em precessão.

Pense em um pião e em como seu eixo de rotação parece girar em círculo. O jato em M87 é perpendicular ao disco de acreção, mas tanto o jato quanto o disco estão desalinhados em relação ao eixo de rotação do buraco negro. À medida que o buraco negro gira, ele arrasta consigo o espaço-tempo – um efeito conhecido como “arrasto de quadro”. Ao fazer isso, ele puxa o disco de acreção, fazendo com que a direção apontada pelo jato fora do eixo precesse, ou oscile, em aproximadamente 10 graus com um período de cerca de 11 anos.

Em 1973, o físico John Wheeler postulou o seu famoso teorema sem cabelo – de que um buraco negro pode ser totalmente caracterizado por apenas três parâmetros: a sua massa, a sua carga eléctrica e o seu momento angular (o “cabelo” é uma metáfora para tudo o resto – todas as outras informações entram no buraco negro e ficam inacessíveis). A massa do buraco negro supermassivo de M87 é cerca de 6.5 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol e a sua carga eléctrica é considerada insignificante. No entanto, apesar desta medição da precessão do jato à medida que é arrastado pelo buraco negro em rotação, ainda não é possível definir uma taxa para essa rotação.

Taxa de rotação do buraco negro

No entanto, pode-se supor que os buracos negros com jatos poderosos terão rotações rápidas, enquanto os buracos negros sem jatos tenderão a girar mais lentamente.

“O período de precessão do jato depende tanto da rotação do buraco negro como do tamanho do disco de acreção”, diz Hada. Infelizmente, o tamanho do disco do M87 não é bem conhecido. Na sua modelação teórica, a equipa assumiu 40 rotações por ano, mas esta é apenas uma solução possível – diferentes valores de rotação com diferentes tamanhos de disco também poderiam explicar o grau de precessão.

“No entanto, é muito provável que a escala de tempo de rotação do buraco negro seja muito mais curta do que a do jato e da precessão do disco”, diz Hada. “Medir o valor desse giro é exatamente o nosso próximo passo. Esperamos que isso seja possível combinando nosso monitoramento de jato e um filme de buraco negro do Event Horizon Telescope.”

Liodakis salienta como é vital saber que buracos negros em rotação rápida impulsionam jatos, porque isso ajudará os astrónomos a restringir o tamanho do disco de acreção no centro de uma galáxia como a M87, e a composição de tais jatos.

“Não é um resultado inesperado”, diz Liodakis. “Mas certamente é ótimo ter uma confirmação direta.”

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