Os investigadores usaram duas décadas de dados de radiotelescópios de todo o mundo para confirmar a rotação da galáxia M87, observando a oscilação do seu jato de buraco negro supermassivo. Esta descoberta marca um grande avanço na pesquisa de buracos negros. O buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87, famoso pela primeira foto da sombra de um buraco negro, criou outra novidade: o jato emitido pelo buraco negro oscila, provando diretamente que o buraco negro está girando.
Diagrama esquemático do modelo de disco de acreção inclinado. Neste diagrama, presume-se que o eixo de rotação do buraco negro esteja reto para cima e para baixo. A direção do jato é quase perpendicular ao plano do disco. O desalinhamento entre o eixo de rotação do buraco negro e o eixo de rotação do disco desencadeia uma inclinação para a frente do disco e dos jatos. Fonte: Cui Yuzhu et al. (2023), IntouchableLab@Openverse e Laboratório Zhijiang
Buracos negros supermassivos são monstros bilhões de vezes mais pesados que o Sol, que devoram tudo ao seu redor, inclusive a luz, e são difíceis de estudar porque nenhuma informação consegue escapar de seu interior. Em teoria, existem muito poucas propriedades que podemos medir. Uma propriedade que pode ser observada é o spin, mas devido às dificuldades envolvidas, nenhuma observação direta do spin do buraco negro foi feita.
Vinte anos de observações revelam evidências
Para procurar evidências da rotação do buraco negro, uma equipa internacional analisou mais de duas décadas de observações da galáxia M87. Esta galáxia está localizada a 55 milhões de anos-luz de distância, na direção de Virgem. Ele contém um buraco negro com massa 6,5 bilhões de vezes maior que a do Sol. A primeira imagem de sombra de um buraco negro capturada pelo Event Horizon Telescope (EHT) em 2019 também é este buraco negro. Como todos sabemos, o buraco negro supermassivo em M87 possui um disco de acreção e um jato. O primeiro envia matéria para o buraco negro, e o último ejeta matéria da vizinhança do buraco negro a uma velocidade próxima à velocidade da luz.
(Acima) Estrutura do jato M87 com frequência média de 43 GHz a cada dois anos entre 2013 e 2018. O ano correspondente está marcado no canto superior esquerdo. As setas brancas indicam o ângulo de posição do jato em cada subfigura. (Inferior) Evolução observada da direção do jato de 2000 a 2022. Os pontos verde e azul são de dados observacionais em 22 e 43 GHz, respectivamente. A linha vermelha é a curva sinusoidal de melhor ajuste com um período de 11 anos. Fonte: YuzhuCui et al. (2023)
A equipe de pesquisa analisou 170 períodos de dados coletados pela Rede VLBI do Leste Asiático (EAVN), pelo Very Long Baseline Array (VLBA), pelo KVN e VERA Combined Array (KaVA) e pela rede VLBI do Leste Asiático à Itália Próximo ao Mundo (EATING). Mais de 20 radiotelescópios em todo o mundo contribuíram para a pesquisa.
Resultados da pesquisa e significado
Os resultados mostram que as interações gravitacionais entre o disco de acreção e a rotação do buraco negro fazem com que a base do jato oscile, ou se incline para a frente, da mesma forma que as interações gravitacionais dentro do sistema solar fazem com que a Terra se incline para a frente. A equipe relacionou com sucesso a dinâmica do jato ao buraco negro supermassivo central, fornecendo evidências diretas de que o buraco negro está de fato girando. A mudança de direção do jato é de cerca de 10 graus e o período de impulso para a frente é de 11 anos, o que é consistente com a simulação teórica do supercomputador conduzida pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) ATERUIII.
“Estamos entusiasmados com esta grande descoberta”, disse Cui Yuzhu, o primeiro autor do artigo. Cui Yuzhu era estudante de graduação no Observatório Astronômico Nacional do Japão e mais tarde trabalhou como pesquisador de pós-doutorado no Laboratório de Zhejiang. Dado que o desalinhamento entre o buraco negro e o disco estelar é relativamente pequeno e o período proativo é de cerca de 11 anos, a acumulação de dados de alta resolução que rastreiam a estrutura de M87 durante mais de duas décadas e a realização de análises aprofundadas são as chaves para alcançar este resultado. "
Kazuhiro Hada, do Observatório Astronómico Nacional do Japão, explicou: "Depois de obter imagens bem sucedidas do buraco negro nesta galáxia usando o EHT, se este buraco negro está a rodar tem sido o foco dos cientistas. Agora, a expectativa tornou-se certa. Este buraco negro monstruoso está de facto a rodar."
Motoki Kino da Universidade Kogakuin, coordenador do Grupo de Trabalho Científico do Núcleo Galáctico Ativo da Rede VLBI do Leste Asiático, disse: "Este é um marco científico emocionante, finalmente revelado através de anos de observações conjuntas por uma equipe internacional de pesquisadores de 45 instituições ao redor do mundo. Nossos dados observacionais estão em boa concordância com sinusóides simples, trazendo novos progressos para a nossa compreensão de buracos negros e sistemas de jatos."