Os astrônomos observaram uma estrela oscilando em sua órbita em torno de um buraco negro supermassivo voraz que a está destruindo e se alimentando de seu material estelar. A observação é evidência de um fenômeno raro e evasivo chamado “precessão Lense-Thirring” ou “arrasto de quadro”, no qual um buraco negro girando rapidamente arrasta a própria estrutura do espaço e do tempo com seu movimento.
Esse turbilhão de espaço-tempo surgiu pela primeira vez de Albert Einsteinteoria de 1915 de relatividade geralque previu que objetos com massa “deformam” a estrutura do espaço e do tempo (unidos como uma única entidade chamada espaço-tempo) e que a gravidade surge desse efeito geométrico. Quanto maior a massa do objeto, maior será o seu impacto no espaço-tempo e, portanto, maior será a sua influência gravitacional. Em 1918, o conceito de objetos massivos e rotativos arrastando o espaço-tempo junto com ele foi então solidificado usando a relatividade geral pelos físicos austríacos Josef Lense e Hans Thirring.
“Nosso estudo mostra a evidência mais convincente até agora da precessão de Lense-Thirring – um buraco negro arrastando o espaço-tempo consigo, da mesma forma que um pião pode arrastar a água ao seu redor em um redemoinho”, disse Cosimo Inserra, membro da equipe da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, em um comunicado. “Este é um verdadeiro presente para os físicos, pois confirmamos previsões feitas há mais de um século. Não só isso, mas estas observações também nos dizem mais sobre a natureza dos TDEs – quando uma estrela é destruída pelas imensas forças gravitacionais exercidas por um buraco negro.”
Observe a oscilação
A equipe começou a investigar a precessão de Lense-Thirring estudando o TDE designado AT2020afhd usando dados de raios X coletados por uma espaçonave da NASA, o Neil Gehrels Swift Observatory (Swift), e observações de ondas de rádio do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), baseado na Terra.
Um TDE ocorre quando uma estrela se aproxima demasiado de um buraco negro supermassivo, e a imensa influência gravitacional desse titã cósmico, que pode ter a massa de milhares de milhões de sóis, gera forças de maré dentro da estrela que a comprimem horizontalmente e, ao mesmo tempo, a estica verticalmente. Este processo, denominado espaguetificação, cria um fio de massa estelar que gira em torno do buraco negro como um macarrão em torno de um garfo, formando uma nuvem achatada chamada disco de acreção.
A matéria do disco de acreção é gradualmente alimentada no buraco negro, mas estes titãs que dominam as galáxias são notoriamente devoradores confusos, com algum material canalizado dos pólos dos buracos negros por poderosos campos magnéticos. A partir daí, esta matéria é expelida como jatos gêmeos de plasma próximos à velocidade da luz.
Tanto o disco de acreção destes buracos negros que perpetuam o TDE como os jatos que eles erupcionam irradiam intensamente através do espectro eletromagnético e, como essas emissões se originam imediatamente fora do buraco negro, deveriam ser impactadas pela precessão de Lense-Thirring. Este efeito traduz-se numa “oscilação” na órbita da matéria no disco de acreção em torno do buraco negro supermassivo. Na verdade, enquanto observava AT2020afhd, a equipa viu mudanças rítmicas tanto nos raios X como nas ondas de rádio provenientes deste TDE, o que implicava que o disco de acreção e o jato oscilavam em uníssono, com este movimento a repetir-se a cada 20 dias terrestres.
“Ao contrário dos TDEs anteriores estudados, que têm sinais de rádio estáveis, o sinal do AT2020afhd mostrou mudanças de curto prazo, que não conseguimos atribuir à libertação de energia do buraco negro e dos seus componentes circundantes,” continuou Inserra. “Isto confirmou ainda mais o efeito de arrasto nas nossas mentes e oferece aos cientistas um novo método para sondar buracos negros.”
Modelando os dados do Swift e do VLA, a equipe conseguiu confirmar que essas variações eram resultado do arrastamento de quadros. Uma análise mais aprofundada destes resultados poderá ajudar os cientistas a compreender melhor a física por detrás do efeito Lense-Thirring.
“Ao mostrar que um buraco negro pode arrastar o espaço-tempo e criar este efeito de arrastar quadros, também estamos começando a entender a mecânica do processo”, disse Inserra. “Portanto, da mesma forma que um objeto carregado cria um campo magnético quando gira, estamos vendo como um objeto massivo em rotação – neste caso um buraco negro – gera um campo gravitomagnético que influencia o movimento das estrelas e de outros objetos cósmicos próximos.
“É um lembrete para nós, especialmente durante a época festiva, enquanto olhamos maravilhados para o céu noturno, que temos ao nosso alcance a oportunidade de identificar objetos cada vez mais extraordinários em todas as variações e sabores que a natureza produziu.”
A pesquisa da equipe foi publicada na quarta-feira (10/12) na revista Avanços da Ciência.
