Mistério com mais de 50 anos pode ter sido resolvido no centro da nossa galáxia. Astrónomos encontraram sinais do vento desaparecido de Sagittarius A*
Os cientistas afirmam ter detetado evidências de um vento à escala cósmica proveniente do superburaco negro localizado no centro da nossa galáxia, uma descoberta que poderá resolver um dos mistérios mais duradouros da astronomia.
Sagittarius A*, um gigantesco buraco negro com uma massa equivalente a cerca de 4 milhões de sóis, intriga a comunidade científica há mais de 50 anos. As leis da física determinam que, tal como todos os buracos negros, este objeto não deve apenas consumir matéria, mas também expelir parte dela sob a forma de ventos ou jatos. No entanto, Sagittarius A* tem-se mostrado estranhamente silencioso. Apesar de décadas de buscas, os cientistas apenas conseguiram reunir indícios de erupções de vento ocorridas há mais de 20 mil anos, sem sinais mais recentes.
“Este é o buraco negro mais próximo de nós e o mais estudado”, afirma Mark Gorski, professor assistente de investigação na Universidade Northwestern, em Evanston, no estado norte-americano do Illinois. “É aquele que conseguimos observar e no qual podemos ver toda a física que o rodeia, mas parecia não ter vento. Todos os buracos negros do Universo comportam-se desta forma, mas o que está mais próximo de nós era diferente. Isso era um enorme problema.”
Agora, após cinco anos de observações, Gorski e Lena Murchikova, professora assistente de Física e Astronomia na mesma universidade, acreditam ter encontrado sinais desse vento desaparecido. A dupla criou uma imagem extremamente detalhada da região em redor do buraco negro. Nessa imagem, identificou uma grande cavidade em forma de cone, desprovida de gás frio.
Segundo os investigadores, coautores principais de um estudo publicado este mês na revista The Astrophysical Journal Letters, esta estrutura só pode ter sido esculpida por um vento de gás quente proveniente diretamente do próprio objeto.
“O vento do buraco negro funciona como um secador de cabelo”, explica Gorski. “Sopra ar quente e turbulento sobre um material mais frio e denso, como o cabelo molhado. O vento é quente e suficientemente forte para aquecer e remover a água do cabelo, além de o mover um pouco — mas não o suficiente para arrancar o cabelo da cabeça.”
Da mesma forma, sugere o estudo, o gás quente transportado pelo vento do buraco negro deixou uma assinatura clara ao afastar o gás frio que o rodeava.
Os cientistas já tinham observado fluxos semelhantes, tanto sob a forma de jatos estreitos como de ventos mais amplos, nos superburacos negros localizados nos centros de outras galáxias. Estes fluxos desempenham um papel fundamental na forma como um buraco negro transfere energia para a galáxia hospedeira e regula o seu crescimento, esclarece Christopher Reynolds, professor de Astronomia na Universidade de Maryland, que não participou no estudo.
“Estes fluxos revelaram-se extremamente difíceis de detetar quando observamos o nosso próprio superburaco negro — até agora”, diz Reynolds. “Este estudo apresenta um argumento bastante convincente de que um vento proveniente do superburaco negro da nossa galáxia avançou através do gás e da poeira circundantes. Eles não observaram diretamente o vento, mas a sua presença é bastante clara. Isto exigiu uma análise muito cuidadosa de quase cinco anos de dados do radiotelescópio mais sensível do mundo — um verdadeiro feito técnico.”
Um vento mais fraco
Os buracos negros são objetos astronómicos cuja gravidade é tão intensa que nem a luz consegue escapar. A maioria das grandes galáxias possui um superburaco negro central, que pode ter uma massa milhares de milhões de vezes superior à do Sol. Já os buracos negros mais pequenos são remanescentes de estrelas maciças que morreram, embora a origem dos superburacos negros continue pouco compreendida.
Nada consegue escapar ao limite do buraco negro, conhecido como horizonte de eventos. Contudo, o material que gira à sua volta pode aquecer e brilhar devido ao atrito e às forças de maré, emitindo ondas de rádio e raios X. Quando o buraco negro se alimenta de gás, lança partículas sob a forma de ventos ou jatos que se deslocam a velocidades próximas da da luz, podendo percorrer milhares de anos-luz pelo espaço. Um ano-luz corresponde à distância percorrida pela luz num ano: cerca de 9,46 biliões de quilómetros.
Utilizando os radiotelescópios ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), no Chile, Gorski e Murchikova criaram o mapa mais detalhado alguma vez produzido do gás frio em redor de Sagittarius A* e eliminaram todas as interferências de rádio provenientes do objeto. O resultado revelou uma cavidade com cerca de três anos-luz de comprimento e um ângulo de abertura de 45 graus, apontando diretamente para o buraco negro.
Os investigadores recorreram depois ao Observatório de Raios X Chandra, da NASA (Chandra X-ray Observatory), para confirmar que o gás frio da região estava a ser moldado por plasma quente — gás eletricamente carregado — proveniente do centro galáctico. “Se o gás frio estivesse à frente ou atrás do plasma quente, não existiria uma correlação tão forte”, explica Gorski. “Embora não tenhamos detetado diretamente as partículas em movimento no vento, conseguimos deduzir a direção e a energia desse vento.”
Segundo Gorski, existem duas razões principais para que esta descoberta tenha demorado mais de meio século desde que Sagittarius A* foi observado pela primeira vez, na década de 1970. A primeira é que os instrumentos só agora atingiram um nível tecnológico suficiente para conseguir observar através do gás e da poeira existentes entre a Terra e o centro da Via Láctea. A segunda é que Sagittarius A* atravessa atualmente um período de relativa calma, tornando o vento mais fraco e, consequentemente, muito mais difícil de detetar. É comum os superburacos negros alternarem entre fases ativas e períodos de tranquilidade, dependendo da quantidade de matéria disponível à sua volta.
“O nosso resultado mostra essencialmente que este buraco negro também tem vento, por isso não é estranho, e que a física dos buracos negros funciona, de forma geral, como esperávamos”, afirma Murchikova. “Mas o vento foi difícil de encontrar porque era muito fraco. Nunca antes tínhamos observado um vento tão fraco proveniente de um buraco negro.”
As observações de superburacos negros noutras galáxias revelaram jatos extremamente poderosos, mas esses acontecimentos são raros, acrescenta a investigadora. Na maior parte do tempo, os buracos negros encontram-se num estado tranquilo e produzem apenas uma pequena brisa, muito mais difícil de identificar porque “não há fogo de artifício a sair deles”.
Os investigadores planeiam agora expandir o mapa do gás frio para uma região maior, de forma a avaliar todo o impacto do vento. A equipa pretende ainda criar um “filme” do gás à medida que este se aproxima do buraco negro, observando o movimento das nuvens e estimando quanto gás é efetivamente consumido pelo objeto.
Uma descoberta entusiasmante
Ainda há muito por descobrir sobre a forma como os superburacos negros geram ventos. Os cientistas acreditam que o fenómeno estará provavelmente relacionado com a forma como os campos magnéticos são torcidos à volta do buraco negro à medida que o gás percorre a sua órbita, sublinha Dan Wilkins, professor assistente de investigação no Departamento de Astronomia da Universidade Estatal de Ohio, que não participou no estudo.
“Ver evidências de ventos impulsionados por buracos negros na nossa própria galáxia não só nos oferece uma nova forma de compreender como estes ventos são produzidos, como também mostra que os superburacos negros continuam capazes de lançar ventos para as suas galáxias hospedeiras mesmo quando não atravessam fases ativas de crescimento rápido”, observa.
Os jatos e ventos emitidos por buracos negros fazem parte da física descrita nos manuais académicos, e os cientistas já observaram muitos superburacos negros a lançá-los para o espaço. É, por isso, “entusiasmante” ter finalmente apanhado o buraco negro central da nossa galáxia em plena ação, considera Priyamvada Natarajan, professora de Astronomia e Física da Universidade de Yale, que também não participou na investigação.
“Sagittarius A* tem sido, durante muito tempo, a grande frustração da astrofísica do centro galáctico: suficientemente próximo para ser estudado com enorme detalhe, mas teimosamente silencioso, aparentemente sem vento”, aponta. “Este artigo desmonta essa ideia. É isto que acontece quando a astronomia observacional paciente e profunda dá frutos.”
Natarajan acrescenta que continuam a existir muitas questões em aberto, mas considera que isso é normal num artigo que apresenta uma descoberta deste tipo. “Os autores ofereceram à comunidade científica uma nova observação para estudar, e o trabalho que se seguirá será muito rico”, conclui.
