Telescópios revelam a rápida rotação do buraco negro da Via Láctea, que distorce o espaço-tempo

• Um novo estudo pode ajudar a resolver a questão de quão rapidamente via Lácteaenorme Buraco negro Rotaciona.
• O buraco negro, conhecido como Sagitário A* (Sgr A*), tem uma massa cerca de 4 milhões de vezes a do Sol.
• Usar NASAObservatório de raios-X Chandra da NSF e Very Large Array da NSF, este estudo descobriu que Sgr A* está girando muito rapidamente.
• Esta alta rotação distorce o espaço-tempo em torno de Sagitário A*, de modo que parece ter a forma de uma bola de futebol americana.

A ilustração deste artista retrata os resultados de um novo estudo do buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia chamado Sagitário A* (abreviado Sgr A*). Esta descoberta descobriu que Sagitário A* gira tão rapidamente que distorce o espaço-tempo – isto é, o tempo e as três dimensões do espaço – de modo que pode parecer mais uma bola de futebol.

Esses resultados foram obtidos usando o Observatório de Raios-X Chandra da NASA e o Karl J. Jansky Very Large Array (VLA) da NSF. Uma equipe de pesquisadores aplicou um novo método usado raio X E dados de rádio para determinar a rapidez com que Sgr A* está girando com base em como o material flui em direção e longe do buraco negro. Eles descobriram que Sagitário A* gira com uma velocidade angular de cerca de 60% do valor máximo possível e com um momento angular de cerca de 90% do valor máximo possível.

Os buracos negros têm duas propriedades básicas: a sua massa (quanto pesam) e a sua rotação (a rapidez com que giram). A determinação de qualquer um desses valores diz muito aos cientistas sobre qualquer buraco negro e como ele se comporta. No passado, os astrónomos fizeram várias outras estimativas da velocidade de rotação de Sagitário A* utilizando diferentes técnicas, com resultados que vão desde Sagitário A* sem rodar até rodar quase à velocidade máxima.

O novo estudo sugere que Sagitário A* está, de facto, a rodar muito rapidamente, comprimindo o espaço-tempo que o rodeia. A ilustração mostra uma seção transversal do Arco A* e o material orbitando-o no disco. A esfera negra no centro representa o chamado horizonte de eventos do buraco negro, o ponto sem retorno do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar.

Ao olhar lateralmente para um buraco negro em rotação, como mostrado nesta ilustração, o espaço-tempo que o rodeia tem a forma de uma bola de futebol. Quanto maior a velocidade de rotação, mais plana fica a bola de futebol.

O material amarelo-laranja em ambos os lados representa o gás girando em torno de Sagitário A*. Esta matéria inevitavelmente corre para o buraco negro e cruza o horizonte de eventos quando assume a forma esférica. Assim, a região dentro da forma da bola de futebol, mas fora do horizonte de eventos, é representada como uma cavidade. Os pontos azuis mostram jatos disparando dos pólos do buraco negro em rotação. Se olharmos para o buraco negro de cima, ao longo do bocal do jato, descobrimos que o espaço-tempo é circular.

Imagem de raios X do Chandra de Sagitário A* e área circundante. Crédito: NASA/CXC/Universidade. De Wisconsin/Y.Bai, et al.

A rotação de um buraco negro pode servir como uma importante fonte de energia. Buracos negros supermassivos produzem fluxos paralelos semelhantes a jatos quando sua energia de spin é extraída, o que requer pelo menos alguma matéria nas proximidades do buraco negro. Devido ao combustível limitado em torno de Sagitário A*, este buraco negro tem estado relativamente silencioso nos últimos milhares de anos, com jatos relativamente fracos. No entanto, este trabalho mostra que isso pode mudar se a quantidade de material próximo a Sgr A* aumentar.

Para determinar o spin* do buraco negro, os autores usaram uma técnica baseada em experimentos conhecida como “método de saída”, que detalha a relação entre o spin e a massa do buraco negro, as propriedades da matéria perto do buraco negro e as propriedades do buraco negro. fluxo de saída. O fluxo paralelo para fora produz ondas de rádio, enquanto o disco de gás que circunda o buraco negro é responsável pela emissão de raios-X. Usando este método, os investigadores combinaram dados do Chandra e do VLA com estimativas independentes da massa do buraco negro obtidas por outros telescópios para restringir a rotação do buraco negro.

O artigo que descreve essas descobertas, liderado por Ruth Daly (Universidade Estadual da Pensilvânia), foi publicado na edição de janeiro de 2024 da revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society.

Referência: “Novos valores de rotação do buraco negro para Sagitário A* obtidos usando o método de saída” por Ruth A Daly, Megan Donahue, Christopher P O'Dea, Biny Sebastian, Daryl Haggard e Anan Lu, 21 de outubro de 2023, Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/mnras/stad3228

Outros autores são Penny Sebastian (Universidade de Manitoba, Canadá), Megan Donahue (Universidade Estadual de Michigan), Christopher O'Dea (Universidade de Manitoba), Darrell Haggard (Universidade McGill) e Anan Lu (Universidade McGill).

O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Centro de Raios-X Chandra do Observatório Astrofísico Smithsonian controla as operações científicas de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.