Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan: Como os buracos negros fazem quasares tão brilhantes?

Crédito da imagem: ESO/M. Kornmesser.

Se eles comem tudo com que entram em contato, como os quasares brilham tanto?

Brilha, brilha quase-estrela.
Maior quebra-cabeça de longe.
Quão diferente dos outros.
Mais brilhante que um bilhão de sóis.
Brilha, brilha, quase estrela.
Como eu me pergunto o que você é. – George Gamow

Os buracos negros são os enigmas do Universo: regiões do espaço onde tanta massa é coletada em um volume tão pequeno que nada pode escapar de sua atração gravitacional, nem luz . Não importa quanta energia ou quanta velocidade um objeto dentro do horizonte de eventos de um buraco negro adquira, ele nunca pode sair e afetar o Universo além.

Crédito da imagem: Ute Kraus, grupo de educação física Kraus, Universidade de Hildesheim; fundo: Axel Mellinger.

Que é o que torna o nosso leitor Rik pergunta para o Ask Ethan desta semana tão interessante:

Como é possível que buracos negros supermassivos emitam quasares quando “comem” muito, muito rápido? Você esperaria que toda a matéria fosse simplesmente sugada.

Este é um dos fenômenos mais estranhos imagináveis: os buracos negros, um objeto do qual nada pode escapar, dá origem à classe mais brilhante de objetos já observada.

Crédito da imagem: NASA, ESA e G. Canalizo (Universidade da Califórnia, Riverside).

Um quasar é um objeto incrivelmente interessante, tão interessante que, quando os vimos pela primeira vez, não tínhamos ideia do que eles realmente eram. Com o advento da radioastronomia, começamos a descobrir essas fontes incrivelmente brilhantes em frequências de rádio. E, no entanto, quando olhamos em outros comprimentos de onda de luz – visível, raios X, ultravioleta, infravermelho, micro-ondas – vimos absolutamente nada . Por alguma razão, havia essas fontes de rádio, essas fontes de rádio concentradas e pontuais, que não exibiam nenhum outro sinal. Nós os nomeamos Através da Sim- S contar para r R Até a próxima S fontes (QSRS), ou quasares.

Crédito das imagens: John Bahcall (Institute for Advanced Study, Princeton), Mike Disney (Universidade do País de Gales) e NASA.

Com o tempo, começamos a descobrir várias propriedades interessantes sobre esses objetos:

Quase todos estavam localizados extremamente longe, em redshifts colossais que excedem em muito os outros limites modernos do que era observável.
O brilho no rádio indicava que algo mais enérgico estava acontecendo do que qualquer outra coisa até agora vista no Universo.
E, finalmente, esses objetos pareciam um pouco diferentes dependendo de como eram orientados em relação a nós.

Eventualmente, nosso kit de ferramentas de observação melhorou o suficiente para que começamos a descobrir semelhanças entre quasares e algumas outras classes de objetos: núcleos galácticos ativos (AGNs), blazars e magnetares.

Crédito da imagem: 2014 Ángel R. López-Sánchez, via http://oldweb.aao.gov.au/local/www/alopez/multiwave.html .

O que percebemos foi que a mesma coisa genérica estava acontecendo em todos esses objetos: um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia estava de alguma forma se alimentando de matéria e ejetando uma tremenda quantidade de material, energia e luz (rádio). fora para o espaço. Finalmente, nossas observações melhoraram o suficiente para que também pudéssemos detectar as galáxias hospedeiras desses quasares, mesmo aquelas localizadas a muitos bilhões de anos-luz de distância.

Mas como isso ocorre? Como esses buracos negros supermassivos realmente emitir tanta energia? Eles não deveriam estar absorvendo ou sugando toda a matéria e energia? Afinal, essa é a única coisa que todos aprendemos sobre os buracos negros: que eles sugam tudo e não há escapatória.

Bem, é verdade que não há escapatória, mas até onde vai sugar tudo? É mentira . As ilustrações e visualizações que você viu para esse efeito, incluindo o vídeo feito por NASA , acima — estão totalmente errados. Em vez disso, se você estiver fora do horizonte de eventos, perto de um buraco negro não é diferente de estar perto de qualquer outra fonte de gravidade . Se o Sol fosse sub-repticiamente substituído por um buraco negro com exatamente a mesma massa – 1,99 × 10³⁰ kg – a Terra e todos os planetas continuariam em suas órbitas exatamente da mesma maneira que estão se movendo agora.

A razão pela qual os quasares fazem o que fazem, por assim dizer, é porque essas massas incrivelmente grandes podem acelerar a matéria aproximar a velocidades muito rápidas.

Crédito da imagem: C. Carilli no NRAO, de Cygnus A em quatro bandas de rádio diferentes.

A própria matéria forma um disco de acreção ao redor do buraco negro, onde é acelerado a velocidades tão grandes que emitem radiação de muitas frequências diferentes, inclusive no rádio. Também vemos dois lóbulos perpendiculares ao disco de acreção, que são jatos de matéria acelerada sendo ejetados em velocidades relativísticas. As fontes que chamamos de blazares são orientadas com um dos lóbulos/jatos apontados diretamente para nós, enquanto outras galáxias ativas tendem a ser orientadas de outra forma.

Crédito da imagem: Aurore Simonnet, NASA / Fermi — telescópio GLAST.

Quasares brilham tanto quanto eles porque as coisas que eles devoram são esticadas, rasgadas em pedaços e aceleradas pela força irresistível da gravidade. Eles emitem tanta energia porque essa matéria interage com outros pedaços de matéria, aquece e não tem escolha a não ser emitir radiação. E eles são visíveis de tão grandes distâncias porque são buracos negros com centenas de milhões ou mesmo bilhões de vezes a massa do nosso Sol, devorando milhões de massas solares de matéria, mas não devorando dezenas ou centenas de milhões mais.

Os buracos negros não são os aspiradores de pó do cosmos; eles são os monstros de biscoito do cosmos, perdendo suas bocas com praticamente todo o seu alimento potencial.