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Astrônomos Medem Com Maior Precisão Até Hoje a Taxa de Rotação de Um Buraco Negro

Space Today
15 mar 2016

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Uma campanha observacional recente envolvendo mais de duas dezenas de telescópios ópticos e o Telescópio de Raios-X SWIFT da NASA permitiu que uma equipe de astrônomos medisse com muito precisão a taxa de rotação de um dos mais massivos buracos negros do universo. A taxa de rotação desse buraco negro massivo é um terço daquela permitida pela Teoria da Relatividade. Esse buraco negro com 18 bilhões de massas solares energiza um quasar, chamado de OJ 287, que localiza-se a cerca de 3.5 bilhõess de anos-luz de distância da Terra. As Quasi-stellar Radio Sources, ou quasares, são os centros ultra luminosos das galáxias distantes que emitem grandes quantidades de radiação eletromagnética devido à queda de matéria em direção ao buraco negro.

Esse quasar localiza-se muito perto da passagem aparente do movimento do Sol na esfera celeste como visto da Terra, onde as maiores pesquisas por cometas e asteroides são realizadas. Além disso, suas medidas ópticas fotométricas já cobrem mais de 100 anos. Uma análise cuidadosa dessas observações mostram que o OJ 287 tem produzido explosões ópticas quase que periódicas em intervalos de aproximadamente 12 anos, desde 1891. Além disso, uma análise detalhada dos dados mais novos revela a presença de picos duplos nessas explosões.

Essas deduções fizeram com que o Professor Mauri Valtnnen da Universidade de Turku, na Finlândia, e seus colaboradores desenvolvessem um modelo que indica que o quasar OJ 287 abriga dois buracos negros de massas distintas. Esse modelo envolve um buraco negro massivo com um disco de acreção (um disco de material interestelar formado pela matéria que cai em direção ao buraco negro) enquanto que um buraco negro comparativamente menor gira ao redor do maior. A quasar OJ 287 é visível devido à vagarosa acreção de matéria, presente no disco, no buraco negro maior. Além disso, o buraco negro menor passa pelo disco de acreção durante a sua órbita o que faz com que o material no disco aqueça a temperaturas muito elevadas. Esse material aquecido flui de ambos os lados do disco de acreção e irradia fortemente por semanas. Isso gera picos no brilho e picos duplos devido a alta excentricidade da órbita.

O modelo de buraco negro binário para o OJ 287 implica que a órbita do buraco negro menor deve rotacionar, e isso muda onde e quanto o buraco negro menor impacta o disco de acreção. Esse efeito nasce da Teoria Geral da Relatividade de Einstein e a taxa de precessão depende principalmente da massa dos dois buracos negros e da taxa de rotação do buraco negro mais massivo. Em 2010, Valtnnen e seus colaboradores usaram oito explosões brilhantes e bem medidas do OJ 287 para medir com precisão a taxa de precessão da órbita do buraco negro menor. Essa análise revela pela primeira vez a taxa de rotação de um buraco negro massivo junto com estimativas precisas para a massa dos dois buracos negros. Isso foi possível já que a órbita do buraco negro menor tem um ângulo incrível de 39 graus com relação ao maior. O modelo Relativístico Geral para o OJ 287 também prevê que a próxima explosão poderia ocorrer por volta do dia 25 de Novembro de 2015 que marcou o centésimo aniversário da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein.

Uma campanha observacional foi então lançada para registrar a explosão prevista. A flagre óptica prevista, começou por volta do dia 18 de Novembro de 2015 e alcançou seu máximo de brilho no dia 4 de Dezembro de 2015. Esse tempo da explosão permitiu que Valtonen e seus colegas medissem diretamente a taxa de rotação do buraco negro mais massivo, como sendo um terço da taxa de rotação máxima prevista permitida pela Teoria Geral da Relatividade. Em outras palavras, seu parâmetro Kerr é precisamente medido e vale 0.31, sendo que o máximo permitido é 1. Em comparação, o parâmetro Kerr do buraco negro resultante no processo que gerou as primeiras ondas gravitacionais detectadas é somente estimado e é abaixo de 0.7.

As observações que levaram a uma medida precisa da rotação foi feita devido à colaboração de um grande número de telescópios no Japão, Coreia do Sul, Índia, Turquia, Grécia, Finlândia, Polônia, Alemanha, Reino Unido, Espanha, USA e México. O esforço, liderado por Staszek Zola da Polônia, envolveu quase 100 astrônomos que operavam seus telescópios. A equipe de Valtonen que desenvolveu e contribuiu para a rotação do buraco negro binário, inclui o astrofísico teórico A. Gopakumar, do TIFR, Índia e o astrônomo de raios-X italiano, Stefano Ciprini, que obteve e analisou os dados de raios-X.

A ocorrência da explosão óptica prevista do OJ 287, também permitiu que a equipe confirmasse a perda de energia orbital para ondas gravitacionais dentro dos 2% previstos pela Teoria Geral da Relatividade. Isso fornece a primeira evidência indireta para a existência de um buraco negro binário em rotação emitindo ondas gravitacionais. Isso é muito encorajador para o Pulsar Timing Array, que irá detectar diretamente ondas gravitacionais desses sistemas num futuro próximo. Além do mais a explosão óptica presente do OJ287 serviu para celebrar o centenário da Teoria Geral da Relatividade e adicionar um grau de animação a mais para a primeira observação direta de ondas gravitacionais transientes feitas pelo LIGO.

Fonte:

http://astronomynow.com/2016/03/11/clocking-the-rotation-rate-of-a-supermassive-black-hole/

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Comentários

  • Diego Camilo

    matéria muito boa!