O buraco negro que projeta sombra sobre o seu próprio disco: descoberto um surpreendente paradoxo cósmico

A Natureza continua a apresentar novos desafios aos astrónomos, e estes aceitam-nos como novas oportunidades para conhecer mais profundamente a própria Natureza. Entre os desafios mais recentes está o de um buraco negro que, com o seu comportamento paradoxal, põe em causa os modelos atuais, incentivando a procura de modelos melhores.

Um buraco negro que se alimenta de uma estrela companheira

O buraco negro MAXI J0637−430 foi descoberto há relativamente pouco tempo, em 2019, graças a um telescópio, o telescópio MAXI, de onde deriva o seu nome, instalado na Estação Espacial Internacional (ISS).

Os estudos posteriores à descoberta, realizados também com outros telescópios sensíveis à radiação X emitida pelos buracos negros, incluindo os telescópios espaciais Swift e nuSTAR, revelaram que se encontra a uma distância de cerca de 30 mil anos-luz do Sistema Solar, tem uma massa entre 5 e 10 massas solares e está ligado a uma estrela da qual está a retirar massa.

O MAXI J0637−430 é, portanto, um componente de um sistema binário cujo período de rotação em torno do seu centro de massa é de cerca de 2 horas.

Estudos recentes realizados no Instituto de Astrofísica das Canárias e coordenados pela astrónoma Montserrat Armas Padilla revelaram um comportamento interessante deste buraco negro, comportamento esse que está a revelar como a estrutura destes objetos é ainda mais complexa do que se pensava até agora.

O comportamento (aparentemente) paradoxal do MAXI J0637−430

Utilizando o espectrógrafo X-shooter instalado no Very Large Telescope da ESO, no Chile, os astrónomos observaram que, à medida que a luminosidade central do buraco negro diminuía, a das regiões externas do disco aumentava.

Um aparente paradoxo, para o qual, no entanto, os astrónomos deram uma explicação.

Quando o fluxo de massa que cai no buraco negro sofre, ocasionalmente, um aumento temporário, verifica-se um pico de luminosidade, denominado em inglês outburst. Segue-se então um regresso gradual do disco à sua luminosidade normal.

Paradoxalmente, o MAXI J0637−430, após um dos seus "outbursts", ao regressar a um nível mais baixo de luminosidade, apresentou um aumento do brilho do disco exterior, um comportamento imprevisto e inicialmente inexplicável.

A possível explicação é que a erupção aumente a espessura do disco nas regiões internas, impedindo que a radiação X alcance e aqueça até mesmo as partes mais externas, que, de alguma forma, ficam na sombra. Quando a erupção termina e o disco interno se torna mais fino, a radiação X, ainda elevada, consegue alcançar e aquecer o disco externo.

O que se observa, então, é que, enquanto a luminosidade global do buraco negro diminui, a luminosidade local do disco exterior aumenta.

O fenómeno assemelha-se ao de uma lâmpada protegida por um abajur. Se reduzirmos a potência da lâmpada, mas, ao mesmo tempo, retirarmos o abajur, algumas superfícies que antes estavam na sombra podem receber mais luz do que antes.

Uma descoberta que poderá alterar os modelos dos buracos negros

A descoberta poderá influenciar vários aspetos da astrofísica dos buracos negros, a começar pela medição da sua velocidade de rotação, ou spin.

De acordo com os modelos atuais, o inchaço do disco ocorre quando a luminosidade atinge o limite de Eddington, ou seja, exerce uma pressão suficiente para contrariar a gravidade, que, de outra forma, manteria o disco fino.

No caso do MAXI J0637−430, o inchaço do disco, que obscureceu a parte exterior do mesmo, ocorreu a valores de cerca de 10-20% do valor de Eddington.

Os parâmetros dos discos dos buracos negros, tais como a rotação, dependem das hipóteses adotadas sobre a geometria das regiões mais internas do disco. Se este último se revelar mais espesso do que o previsto, algumas estimativas poderão necessitar de correções.

À medida que as técnicas de observação e análise de dados avançam e que se descobre uma variedade cada vez maior de objetos, os modelos simplificados revelam-se inadequados e são necessários novos esforços teóricos para modelar com cada vez maior fidelidade objetos e fenómenos extremamente complexos.