Um grupo internacional de astrônomos descobriu fortes evidências que sugerem que o material ao redor de buracos negros supermassivos não permaneceu o mesmo ao longo da história do universo. Os achados indicam que a estrutura e o comportamento dessa matéria podem ter mudado ao longo de bilhões de anos.
Comandado por pesquisadores do Observatório Nacional de Atenas, o estudo foi publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Se confirmados, os resultados desafiam uma ideia fundamental em astronomia que guiou a pesquisa por quase 50 anos.
O Que Torna os Quasares Tão Brilhantes
Quasares, identificados pela primeira vez na década de 1960, estão entre os objetos mais luminosos conhecidos. Eles brilham intensamente porque são alimentados por buracos negros supermassivos que atraem a matéria circundante. À medida que esse material espirala para dentro sob uma gravidade imensa, forma uma estrutura em formato de disco antes de cair no buraco negro.
A fricção dentro desse disco aquece a matéria a temperaturas extremas. Como resultado, ela pode emitir de 100 a 1.000 vezes mais luz do que uma galáxia inteira composta por cerca de 100 bilhões de estrelas. Essa luminosidade avassaladora permite que os quasares ofusquem suas galáxias hospedeiras e sejam visíveis para telescópios a grandes distâncias cósmicas.
Da Luz Ultravioleta aos Poderosos Raios X
O disco iluminado ao redor de um buraco negro produz quantidades enormes de luz ultravioleta. Os cientistas acreditam que essa luz desempenha um papel fundamental na geração dos raios X ainda mais energéticos emitidos pelos quasares. À medida que os raios ultravioleta viajam para fora, eles passam por nuvens de partículas altamente energizadas localizadas muito próximas ao buraco negro, uma região conhecida como “corona”.
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.
Uma Relação Cósmica Duradoura em Questão
Porque ambos os tipos de luz se originam perto do mesmo buraco negro, os astrônomos sempre souberam que as emissões de ultravioleta e raios X dos quasares estão intimamente ligadas. Normalmente, quanto mais brilhante a luz ultravioleta, mais forte é a emissão de raios X. Essa relação, identificada há quase cinco décadas, forneceu pistas críticas sobre as condições físicas próximas aos buracos negros supermassivos.
O novo estudo desafia a suposição de que essa conexão é universal. Essa suposição sugere que a estrutura da matéria ao redor dos buracos negros é essencialmente a mesma em todos os lugares e em todos os tempos no universo.
Em vez disso, os pesquisadores descobriram que quando o universo era mais jovem (cerca da metade de sua idade atual), a relação entre a luz ultravioleta e os raios X parecia notavelmente diferente do que os astrônomos observam em quasares próximos hoje. Isso aponta para mudanças na forma como o disco de acreção e a corona interagem ao longo dos últimos 6,5 bilhões de anos.
“Confirmar uma relação não universal entre raios X e ultravioleta com o tempo cósmico é bastante surpreendente e desafia nossa compreensão de como os buracos negros supermassivos crescem e emitem radiação,” disse o Dr. Antonis Georgakakis, um dos autores do estudo.
“Testamos o resultado usando diferentes abordagens, mas ele parece ser persistente.”
Como os Pesquisadores Fizeram a Descoberta
Para chegar a suas conclusões, a equipe combinou novas observações de raios X do telescópio eROSITA com dados arquivados do observatório de raios X XMM-Newton da Agência Espacial Europeia. Juntas, essas bases de dados permitiram que os cientistas analisassem as emissões de raios X e ultravioleta de uma amostra excepcionalmente grande de quasares.
A ampla e consistente cobertura do céu fornecida pelo eROSITA se mostrou especialmente importante. Ela permitiu que a equipe examinasse populações de quasares em uma escala que não era possível antes.
Por Que os Achados São Importantes para a Cosmologia
A ideia de que a relação entre ultravioleta e raios X em quasares é universal fundamenta alguns métodos que usam quasares como “velas padrão” para mapear a forma do universo e estudar a matéria escura e a energia escura. Os novos resultados sugerem que os cientistas precisam ter cautela, uma vez que a suposição de um ambiente de buraco negro imutável ao longo do tempo cósmico pode não se sustentar.
“O avanço chave aqui é metodológico,” disse a pesquisadora de pós-doutorado Maria Chira do Observatório Nacional de Atenas, que liderou o estudo.
“O levantamento eROSITA é vasto, mas relativamente raso – muitos quasares são detectados com apenas alguns fótons de raios X. Ao combinar esses dados em uma robusta estrutura estatística bayesiana, pudemos descobrir tendências sutis que de outra forma teriam permanecido ocultas.”
O Que Vem a Seguir
Próximos scans de todo o céu do eROSITA permitirão que os astrônomos observem quasares ainda mais fracos e distantes. Ao combinar essas futuras observações com levantamentos de raios X e de múltiplas ondas de próxima geração, os pesquisadores esperam determinar se as mudanças observadas refletem uma verdadeira evolução física ou se são influenciadas pela forma como os dados foram coletados.
Esses esforços prometem proporcionar uma compreensão mais profunda de como os buracos negros supermassivos alimentam os objetos mais brilhantes do universo e como seu comportamento se transformou ao longo do tempo cósmico.