Nustar revela donut cósmico CÓSMICO "GRUMOSO" em redor de buraco negro

A galáxia M77 (ou NGC 1068) pode ser vista nesta ampliação obtida pelo Telescópio Espacial Hubble. Os olhos raios-X do NuSTAR foram capazes de obter a melhor visão, até agora, do covil escondido do buraco negro supermassivo e central da galáxia. Este buraco negro ativo - visto na ilustração em destaque - é um dos mais obscurecidos que se conhecem, o que significa que é rodeado por nuvens extremamente espessas de gás e poeira. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Os maiores buracos negros do Universo são muitas vezes rodeados por discos espessos de gás e poeira com a forma de um donut. Este material em forma de donut, em última análise, alimenta e nutre os buracos negros no interior. Até recentemente, os telescópios não eram capazes de penetrar estas zonas em forma de rosca, ou mais precisamente, toro. Originalmente, pensávamos que alguns buracos negros estavam escondidos por paredes de material que não deixavam ver o que estava por trás," afirma Andrea Marinucci da Universidade Roma Tre em Itália, autora principal de um novo estudo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society que descreve resultados do NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA e do observatório espacial XMM-Newton da NASA.

Com a sua visão de raios-X, o NuSTAR espiou recentemente um dos "donuts" mais densos que se sabe rodear um buraco negro supermassivo. Este buraco negro está no centro de uma galáxia bem estudada chamada M77 (NGC 1068), localizada a 47 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação de Baleia. As observações revelaram um donut cósmico grumoso. "O material em rotação não é um donut simples e arredondado como originalmente se pensava, mas tem aglomerados," explica Marinucci.

Os discos de gás e poeira, em forma de donut e em redor de buracos negros supermassivos, foram propostos pela primeira vez em meados da década de 1980 para explicar porque é que alguns buracos negros estão escondidos atrás de gás e poeira, enquanto outros não estão. A ideia é que a orientação do donut, relativamente à Terra, afeta o modo como observamos o buraco negro e a sua intensa radiação. Se o donut é visto de lado, o buraco negro é ocultado. Se é visto de face, conseguimos detetar o buraco negro e os seus materiais quentes nos arredores. Esta ideia é referida como o modelo unificado porque junta os vários diferentes tipos de buraco negro com base apenas na orientação.

Ao longo da última década, os astrónomos têm encontrado indícios de que estes discos de material não têm uma forma tão harmoniosa como se pensava. São como donuts defeituosos, com aglomerados ou grumos, que a pastelaria acaba por deitar fora. A nova descoberta é a primeira vez que foram observadas irregularidades num disco ultra espesso e suporta a ideia que este fenómeno pode ser comum. A pesquisa é importante para a compreensão do crescimento e evolução dos buracos negros supermassivos e das suas galáxias hospedeiras.

"Nós não entendemos totalmente o porquê de alguns buracos negros supermassivos serem tão fortemente obscurecidos, ou porque é que o material em volta tem tantas irregularidades," afirma Poshak Gandhi da Universidade de Southampton no Reino Unido. "Este é um tema quente de debate."

Tanto o NuSTAR como o XMM-Newton observaram o buraco negro de M77 simultaneamente em duas ocasiões entre 2014 e 2015. Numa dessas ocasiões, em agosto de 2014, o NuSTAR observou um aumento de brilho. O NuSTAR observa raios-X numa gama mais energética do que o XMM-Newton, e esses raios-X altamente energéticos podem penetrar as espessas nuvens em redor do buraco negro. Os cientistas dizem que o aumento de raios-X de alta energia foi devido a uma espécie de abertura que diminuiu a espessura do material que sepulta o buraco negro supermassivo. É como um dia nublado, quando as nuvens parcialmente saem da frente do Sol para deixar entrar mais luz," comenta Marinucci.

A galáxia M77 é bem conhecida pelos astrónomos pois o seu buraco negro foi o primeiro a sugerir a ideia da unificação. "Mas é somente com o NuSTAR que agora temos um vislumbre direto do buraco negro supermassivo através dessas nuvens, ainda que fugaz, permitindo um melhor teste do conceito de unificação," afirma Marinucci. A equipa diz que a investigação futura irá abordar a questão do que produz a desigualdade nos discos em forma de donut. A resposta pode vir em muitos sabores. É possível que um buraco negro gere turbulência à medida que "mastiga" material das redondezas. Ou, a energia emitida por estrelas jovens pode ser a responsável pela turbulência que, em seguida, pode "infiltrar-se" através do bolo cósmico. Outra possibilidade é que os aglomerados podem vir de material em queda para o donut.

À medida que as galáxias se formam, o material migra para o centro, onde a densidade e a gravidade são maiores. O material tende a cair em aglomerados, quase como uma corrente de água que se forma a partir de várias gotas quando atingem o solo. Nós gostávamos de descobrir se a irregularidade do material está a ser gerado de fora do donut, ou dentro," observa Gandhi. Estas observações coordenadas com o NuSTAR e com o XMM-Newton mostram mais uma vez a emocionante ciência possível quando estes satélites trabalham em conjunto," comenta Daniel Stern, cientista do projeto NuSTAR no JPL (Jet Propulsion Laboratory) da NASA em Pasadena, no estado americano da Califórnia.