Uma equipa internacional de astrónomos encontrou fortes evidências de que o material que rodeia os buracos negros supermassivos não permaneceu o mesmo ao longo da história do Universo. Os dados obtidos mostram que a estrutura e o comportamento desta matéria podem ter mudado ao longo de bilhões de anos.
O estudo, liderado por pesquisadores do Observatório Nacional de Atenas, foi publicado em Avisos mensais da Royal Astronomical Society. Se confirmados, os resultados colocariam em dúvida uma ideia fundamental da astronomia que tem orientado a investigação durante quase 50 anos.
O que torna os quasares tão brilhantes
Os quasares, identificados pela primeira vez na década de 1960, estão entre os objetos mais brilhantes conhecidos. Eles brilham tanto porque são alimentados por buracos negros supermassivos que atraem a matéria circundante. À medida que este material é girado para dentro pela imensa gravidade, ele forma uma estrutura rotativa semelhante a um disco antes de cair no buraco negro.
A fricção dentro deste disco aquece a matéria a temperaturas extremas. Como resultado, pode emitir 100 a 1000 vezes mais luz do que uma galáxia inteira composta por cerca de 100 mil milhões de estrelas. Este brilho extremo permite que os quasares ofusquem as suas galáxias hospedeiras e os torna visíveis em telescópios através de vastas distâncias cósmicas.
Da luz ultravioleta aos poderosos raios X
O disco brilhante ao redor do buraco negro produz uma enorme quantidade de luz ultravioleta. Os cientistas acreditam que esta luz desempenha um papel fundamental na geração de raios X ainda mais energéticos emitidos pelos quasares. À medida que os raios ultravioleta viajam para fora, eles passam através de uma nuvem de partículas de alta energia localizada muito perto do buraco negro, uma região conhecida como “coroa”.
Quando a luz ultravioleta interage com essas partículas, ela ganha energia e se transforma em intensa radiação de raios X. Esses raios X podem então ser detectados por observatórios espaciais.
Relações espaciais de longa data estão em questão
Como ambos os tipos de luz se originam perto do mesmo buraco negro, os astrónomos sabem há muito tempo que as emissões ultravioleta e de raios X dos quasares estão intimamente relacionadas. Geralmente, a luz UV mais brilhante anda de mãos dadas com raios X mais fortes. Esta relação, descoberta há quase cinco décadas, forneceu pistas importantes sobre as condições físicas em torno dos buracos negros supermassivos.
Novas pesquisas desafiam a suposição de que esta conexão é universal. Esta suposição sugere que a estrutura da matéria em torno dos buracos negros é essencialmente a mesma em todo o universo e sempre.
Em vez disso, os investigadores descobriram que quando o Universo era mais jovem (cerca do dobro da sua idade actual), a proporção entre a luz ultravioleta e a luz de raios X era marcadamente diferente daquela que os astrónomos vêem hoje em quasares próximos. Isto indica uma mudança na interação entre o disco de acreção e a coroa ao longo dos últimos 6,5 mil milhões de anos ou mais.
“A confirmação de uma ligação não universal entre as emissões de raios X e UV e o tempo cósmico é muito surpreendente e desafia a nossa compreensão de como os buracos negros supermassivos crescem e emitem luz”, disse o Dr. Antonis Georgakakis, um dos autores do estudo.
“Testamos o resultado usando abordagens diferentes, mas parece ser robusto”.
Como os pesquisadores fizeram a descoberta
Para chegar às suas conclusões, a equipa combinou observações recentes de raios X do telescópio de raios X eROSITA com dados arquivados do Observatório de Raios X XMM-Newton da Agência Espacial Europeia. Juntos, esses conjuntos de dados permitiram aos cientistas analisar as emissões de raios X e ultravioleta de uma amostra excepcionalmente grande de quasares.
A ampla e consistente cobertura do céu fornecida pela eROSITA revelou-se particularmente importante. Isto permitiu à equipa estudar populações de quasares numa escala anteriormente não possível.
Por que as descobertas são importantes para a cosmologia
A ideia de que o acoplamento de raios UV-X em quasares é universal está subjacente a algumas técnicas que usam quasares como (velas padrão) para mapear a forma do universo e estudar a matéria escura e a energia escura. Os novos resultados mostram que os cientistas precisam de ter cuidado, pois a suposição de um ambiente constante de buraco negro em todo o espaço-tempo pode não ser verdadeira.
“O principal avanço aqui é metodológico”, disse a pesquisadora de pós-doutorado Maria Chiro, do Observatório Nacional de Atenas, que liderou o estudo.
“O levantamento eROSITA é amplo, mas relativamente superficial – muitos quasares são detectados com apenas alguns fotões de raios X. Ao combinar estes dados num quadro estatístico Bayesiano robusto, poderíamos revelar tendências subtis que de outra forma permaneceriam ocultas.”
O que acontecerá a seguir
A futura varredura de todo o céu do eROSITA permitirá aos astrônomos observar quasares ainda mais fracos e distantes. Ao combinar estas observações futuras com estudos de raios X e de múltiplos comprimentos de onda da próxima geração, os investigadores esperam determinar se as mudanças observadas reflectem a evolução física real ou são influenciadas pela forma como os dados foram recolhidos.
O esforço promete uma compreensão mais profunda de como os buracos negros supermassivos alimentam os objetos mais brilhantes do universo e como o seu comportamento mudou ao longo do espaço-tempo.
