Astrónomos usam a gravidade cósmica para criar uma lente de buracos negros
Os observatórios espaciais Integral, Fermi e Swift usaram o poder de amplificação de uma lente cósmica para explorar as regiões interiores de buracos negros supermaciços.
Os raios gama são radiação altamente energética, emitida por alguns dos objetos mais extremos no Universo. Jatos de raios gama a deslocar-se a velocidades próximas à da luz escoam das regiões à volta dos buracos negros, por exemplo. Pensa-se que estes jatos são emitidos por material superaquecido, a rodar descontroladamente à medida que é devorado por buracos negros famintos.
Os nossos telescópios nunca serão suficientemente potentes ao ponto de poderem revelar estas regiões interiores, por isso os cientistas esforçam-se por examinar de que forma é que estes jatos são libertados para o Universo.
“Como não conseguimos ver bem o que se está a passar, não compreendemos bem este comportamento,” diz Andrii Neronov da Universidade de Genebra, Suíça, autor principal do artigo científico publicado online na Nature Physics.
“No entanto, o nosso método permitiu-nos ‘decifrar’ esta região e ter uma visão do que se passa no espaço que rodeia o buraco negro supermaciço conhecido como PKS 1830-211.”
Este buraco negro está a milhares de milhões de anos luz de distância. Nem o satélite Integral da ESA, nem o telescópio de raios gama da NASA Fermi conseguem observar esta região sem ajuda, mas uma feliz coincidência veio dar uma ajuda: as micro-lentes gravitacionais.
“A partir da Terra, os buracos negros são pequenos. Estão apenas muito distantes,” notaNeronov.“Tentar observar o PKS 1830-211 é como tentar olhar para uma formiga sentada na Lua.
“Nenhum dos nossos telescópios consegue observar algo tão pequeno, então usámos um truque para resolver o problema: uma enorme lente gravitacional.”
Os objetos cósmicos maciços, de estrelas isoladas a clusters de galáxias, dobram e focam a luz que passa à sua volta, com a gravidade, atuando como gigantes lentes de ampliação.
Neronov e os seus colegas usaram uma estrela que estava entre o seu alvo e a Terra para fazer zoom ao buraco negro e medir o tamanho da região que emite jatos–a primeira vez que este método foi usado com raios gama.
Selecionaram estruturas na mesma escala angular que a Lua/formiga. A porção de céu observado cobre uma região equivalente a cem vezes a distância entre a Terra e o Sol. Em termos astronómicos, isto é incrivelmente pequeno.
“As nossas observações mostram que os raios gama vêm da vizinhança direta do próprio buraco negro,” diz Neronov. “Isto dá-nos uma ideia do que é ou não importante no processo de criação dos jatos.
“É impressionante a capacidade de ver objetos tão pequenos, a enormes distâncias de nós. Estou muito entusiasmado por ter um este sistema de investigação das regiões internas dos jatos.”
Observar a fonte de raios gama com o Integral da ESA e o Fermi e o Swift da NASA permitiu aos astrónomos montar uma imagem mais completa da radiação que se escapa.
Os raios gama mais energéticos, detetados pelo Fermi, são vistos a sair da pequena base do jato – uma região do tamanho da ‘formiga na Lua’ – enquanto os raios gama de menor energia, detetados pelo Integral, foram emitidos a partir de uma região muito maior, à volta da região.
A equipa também estudou raios-X, usando o Integral e o Swift. Descobriram estes raios-X a emanar de uma região à volta de um buraco com uns 400 mil milhões de quilómetros ou mais.
“Este buraco negro é um dos mais poderosos objetos deste tipo. Caracterizar as suas emissões irá dar-nos uma verdadeira visão de como se formam estes jatos,” diz Erik Kuulkers, cientista de projeto da ESA para o Integral.
“Felizmente, o buraco negro está num local no espaço em direção ao centro da nossa Galáxia, pelo que o Integral o apanha com frequência.
“Estas observações fornecem informação única acerca dos processos de alta energia que ocorrem à volta de buracos negros super maciços, permitindo-nos 'olhar para dentro' de pequenas estruturas, muito distantes de nós.”
Nota para os editores
Os resultados aqui descritos surgem no artigo “Central engine of a gamma-ray blazar resolved through the “magnifying glass” of gravitational microlensing,” por A. Neronov, I.Vovkand D.Malyshev, publicado online na Nature Physics a 6 de julho.
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Erik Kuulkers
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