Buracos negros gigantes e pequenos parecem obedecer ao mesmo gatilho: jatos reaparecem quando a alimentação cai para um limite específico

O que você vai ver

•  O que é o limite de Eddington e por que ele serve como régua para comparar buracos negros.
•  Como os astrônomos conseguiram comparar diretamente buracos negros de tamanhos tão diferentes.
•  Em quais dois momentos diferentes os jatos aparecem depois de um evento de disrupção de maré.
•  Por que esse padrão comum sugere uma regra física válida em qualquer escala de massa.
•  Que rede de telescópios foi necessária para reunir evidência suficiente dessa regra comum.

Buracos negros de massas extremamente diferentes entre si, de gigantes supermassivos a versões muito menores formadas do colapso de estrelas, parecem obedecer ao mesmo gatilho físico para lançar jatos de matéria em altíssima velocidade, disparando essa emissão sempre que a taxa de alimentação do buraco negro cai para um limite específico e comum entre eles.

O que é o limite de Eddington e por que ele serve como régua para comparar buracos negros?

O limite de Eddington é o ponto em que a pressão da radiação liberada pela matéria caindo em direção a um buraco negro se equilibra exatamente com a força gravitacional que puxa essa mesma matéria para dentro, conceito físico fundamental usado havia décadas para descrever o comportamento de objetos extremamente densos, independentemente da massa total envolvida em cada caso específico.

Por ser uma medida relativa, calculada como proporção da taxa de alimentação em relação à massa de cada buraco negro específico, o limite de Eddington funciona como uma régua comum capaz de comparar diretamente buracos negros de tamanhos completamente diferentes entre si, já que a mesma fração desse limite representa, em termos físicos relativos, uma condição equivalente independentemente da escala absoluta de massa envolvida.

Como os astrônomos conseguiram comparar diretamente buracos negros de tamanhos tão diferentes?

Os pesquisadores Andrew Mummery, do Instituto de Estudos Avançados, e Adelle Goodwin, do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia da Universidade Curtin, analisaram 20 eventos de disrupção de maré, episódios em que um buraco negro destrói uma estrela que se aproxima demais, selecionando 10 desses eventos com dados de qualidade suficiente para medir com precisão o momento exato em que jatos de matéria eram lançados.

Esses eventos de disrupção de maré envolveram tanto buracos negros estelares, com massa cerca de 10 vezes maior que a do Sol, quanto buracos negros supermassivos, com massa milhões de vezes maior, amplitude de escala que permitiu à equipe testar diretamente se o mesmo gatilho relativo de emissão de jatos se aplicava igualmente a objetos de massa tão drasticamente diferente entre si.

Em quais dois momentos diferentes os jatos aparecem depois de um evento de disrupção de maré?

A equipe identificou que jatos de matéria podem se formar em duas fases distintas depois da destruição de uma estrela por um buraco negro: primeiro, durante a fase inicial de alimentação extremamente intensa logo após a disrupção da estrela, e novamente, de forma separada, centenas a milhares de dias depois, quando a taxa de alimentação já caiu consideravelmente e cruza o mesmo limiar específico identificado pela pesquisa.

Esse segundo momento de emissão de jatos, que ocorre especificamente quando a taxa de acreção cai para aproximadamente 2% do limite de Eddington daquele buraco negro específico, foi o achado central do estudo: o mesmo valor relativo de 2% se repetiu de forma consistente tanto em buracos negros estelares quanto em buracos negros supermassivos analisados, independentemente da enorme diferença de massa absoluta entre os dois grupos.

Por que esse padrão comum sugere uma regra física válida em qualquer escala de massa?

Encontrar o mesmo limiar relativo de 2% repetido entre objetos com massas que diferem por um fator de milhões de vezes é o tipo de resultado que sugere fortemente que a física por trás da formação de jatos relativísticos depende de uma condição fundamental relacionada à estrutura do disco de acreção ao redor do buraco negro, não de características específicas associadas apenas a uma faixa particular de massa.

Essa universalidade, se confirmada por estudos adicionais futuros com mais eventos de disrupção de maré analisados, tem potencial de simplificar significativamente os modelos teóricos que astrônomos usam para prever quando e como buracos negros de qualquer tamanho devem lançar jatos, já que uma regra comum válida em qualquer escala elimina a necessidade de desenvolver explicações separadas e específicas para cada faixa de massa estudada isoladamente.

Que rede de telescópios foi necessária para reunir evidência suficiente dessa regra comum?

Confirmar esse padrão exigiu observações multi-comprimento de onda, combinando dados de telescópios localizados nos Estados Unidos, na Austrália, na Índia, na África do Sul e também instrumentos baseados no espaço, rede internacional de observação necessária para capturar tanto o momento inicial quanto a fase tardia de emissão de jatos em cada um dos eventos de disrupção de maré estudados pela equipe.

Essa necessidade de combinar dados de múltiplos observatórios espalhados por diferentes continentes e também no espaço ilustra por que identificar um padrão físico como esse, que depende de capturar dois momentos distintos e temporalmente distantes entre si após um evento cósmico relativamente raro, exige cooperação internacional ampla entre diferentes instalações de observação astronômica, em vez de depender de um único telescópio ou de uma única equipe de pesquisa isolada.

Padrões físicos que se repetem de forma surpreendente entre escalas extremamente diferentes de tamanho também aparecem no relato sobre o novo mapeamento que sugere que Mercúrio encolheu muito mais do que os mapas tradicionais indicavam.

Mais detalhes sobre a pesquisa estão disponíveis na reportagem do ScienceDaily.

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