Buraco negro central da Via Láctea está constantemente a brilhar

O buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea parece estar a dar uma festa – e é estranha, selvagem e maravilhosa.

Utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, uma equipa de astrofísicos liderada pela Universidade Northwestern obteve o mais longo e detalhado vislumbre do vazio que se esconde no meio da nossa galáxia.

O disco rodopiante de gás e poeira (ou disco de acreção) que orbita o buraco negro supermassivo central, chamado Sagitário A*, está a emitir um fluxo constante de chamas sem períodos de repouso, descobriram os investigadores. Enquanto alguns clarões são ténues, com a duração de meros segundos, outros são erupções brilhantes e ofuscantes, que se espalham diariamente. Há também erupções mais ténues que duram meses de cada vez. O nível de atividade ocorre ao longo de uma vasta gama de tempo – desde curtos interlúdios a longos períodos.

As novas descobertas poderão ajudar os físicos a compreender melhor a natureza fundamental dos buracos negros, a forma como interagem com o ambiente que os rodeia e a dinâmica e evolução da nossa própria casa galáctica.

“Espera-se que ocorram erupções em quase todos os buracos negros supermassivos, mas o nosso buraco negro é único”, diz Farhad Yusef-Zadeh, da Northwestern, que liderou o estudo publicado no The Astrophysical Journal Letters. “Está sempre a borbulhar de atividade e parece nunca atingir um estado estacionário. Observámos o buraco negro várias vezes ao longo de 2023 e 2024, e notámos mudanças em cada observação. Vimos algo diferente de cada vez, o que é realmente notável. Nunca nada ficou na mesma”, acrescenta.

Especialista no centro da Via Láctea, Yusef-Zadeh é professor de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. A equipa internacional de co-autores inclui Howard Bushouse do Space Telescope Science Institute, Richard G. Arendt da NASA, Mark Wardle da Macquarie University na Austrália, Joseph Michail de Harvard & Smithsonian e Claire Chandler do National Radio Astronomy Observatory.

Fogo de artifício aleatório

Para realizar o estudo, Yusef-Zadeh e a sua equipa utilizaram a câmara de infravermelhos próximos (NIRCam) do JWST, que pode observar simultaneamente duas cores de infravermelhos durante longos períodos de tempo. Com esta ferramenta de imagem, os investigadores observaram Sagitário A* durante um total de 48 horas – em incrementos de 8 a 10 horas ao longo de um ano. Isto permitiu aos cientistas acompanhar a evolução do buraco negro ao longo do tempo.

Embora Yusef-Zadeh esperasse ver erupções, o Sagitário A* estava mais ativo do que o previsto. Simplificando: as observações revelaram fogos-de-artifício contínuos de vários brilhos e durações. O disco de acreção que rodeia o buraco negro gerou cinco a seis grandes erupções por dia e várias pequenas erupções secundárias pelo meio.

“Nos nossos dados, vimos uma mudança constante, um brilho borbulhante”, explica Yusef-Zadeh. “E depois boom! Uma grande explosão de brilho surgia de repente. Depois, acalmava-se novamente. Não conseguimos encontrar um padrão nesta atividade. Parece ser aleatória. O perfil de atividade do buraco negro era novo e excitante de cada vez que olhávamos para ele”, aponta.

Dois processos distintos em jogo

Embora os astrofísicos ainda não compreendam totalmente os processos em jogo, Yusef-Zadeh suspeita que dois processos distintos são responsáveis pelas rajadas curtas e pelos clarões mais longos. Se o disco de acreção for um rio, então as cintilações curtas e ténues são como pequenas ondulações que flutuam aleatoriamente na superfície do rio. Os clarões mais longos e brilhantes, no entanto, são mais como ondas de maré, causadas por eventos mais significativos.

Yusef-Zadeh postula que pequenas perturbações no interior do disco de acreção são suscetíveis de gerar os clarões fracos. Especificamente, as flutuações turbulentas no interior do disco podem comprimir o plasma (um gás quente e eletricamente carregado) e causar uma explosão temporária de radiação. Yusef-Zadeh compara o acontecimento a uma erupção solar.

“É semelhante à forma como o campo magnético do Sol se junta, comprime e depois faz explodir uma chama solar”, explica. “É claro que os processos são mais dramáticos porque o ambiente à volta de um buraco negro é muito mais energético e muito mais extremo. Mas a superfície do Sol também fervilha de atividade”, acrescenta.

Yusef-Zadeh atribui as grandes e brilhantes chamas a eventos de reconexão magnética – um processo em que dois campos magnéticos colidem, libertando energia sob a forma de partículas aceleradas. Viajando a velocidades próximas da velocidade da luz, estas partículas emitem explosões brilhantes de radiação.

“Um evento de reconexão magnética é como uma faísca de eletricidade estática, que, de certa forma, também é uma ‘reconexão elétrica’”, diz Yusef-Zadeh.

Visão dupla

Uma vez que a NIRCam do JWST consegue observar dois comprimentos de onda distintos (2,1 e 4,8 microns) ao mesmo tempo, Yusef-Zadeh e os seus colaboradores puderam comparar a forma como o brilho das chamas se alterava em cada comprimento de onda. Yusef-Zadeh diz que captar a luz em dois comprimentos de onda é como “ver a cores em vez de a preto e branco”. Ao observar o Sagitário A* em vários comprimentos de onda, obteve uma imagem mais completa e matizada do seu comportamento.

Mais uma vez, os investigadores depararam-se com uma surpresa. Inesperadamente, descobriram que os eventos observados no comprimento de onda mais curto mudavam de brilho ligeiramente antes dos eventos de comprimento de onda mais longo.

“É a primeira vez que vemos um atraso nas medições nestes comprimentos de onda”, aponta Yusef-Zadeh. “Observámos estes comprimentos de onda em simultâneo com a NIRCam e reparámos que o comprimento de onda mais longo se atrasa em relação ao mais curto por um valor muito pequeno – talvez alguns segundos a 40 segundos”, adianta.

Este atraso no tempo forneceu mais pistas sobre os processos físicos que ocorrem em torno do buraco negro. Uma explicação é que as partículas perdem energia ao longo da chama – perdendo energia mais rapidamente em comprimentos de onda mais curtos do que em comprimentos de onda mais longos. Estas alterações são esperadas para partículas que espiralam em torno de linhas de campo magnético.

O objetivo é um olhar ininterrupto

Para explorar melhor estas questões, Yusef-Zadeh espera utilizar o JWST para observar o Sagitário A* durante um período de tempo mais longo. Recentemente, apresentou uma proposta para observar o buraco negro durante 24 horas ininterruptas. O período de observação mais longo ajudará a reduzir o ruído, permitindo aos investigadores ver detalhes ainda mais finos.

“Quando se observam fenómenos de chama tão fracos, é preciso competir com o ruído”, afirma Yusef-Zadeh. “Se conseguirmos observar durante 24 horas, podemos reduzir o ruído e ver pormenores que antes não conseguíamos ver. Isso seria espantoso. Também podemos ver se estas erupções apresentam periodicidade (ou se se repetem) ou se são verdadeiramente aleatórias”, conclui.

Veja aqui o vídeo