Buracos negros podem ter massas tão diferentes que, à primeira vista, seria razoável imaginar que cada categoria funcionasse de uma maneira completamente distinta. Mas há sinais de que alguns dos processos mais extremos do Universo obedecem às mesmas regras. Agora, pesquisadores encontraram uma pista especialmente intrigante: um determinado momento na evolução do material ao redor desses objetos parece coincidir com o surgimento de poderosos jatos de matéria.
A estrela que permitiu acelerar o relógio cósmico
Comparar buracos negros de massa estelar com os gigantes que vivem no centro das galáxias sempre foi um problema para os astrônomos.
Os menores podem mudar de comportamento em questão de dias ou meses. Já os discos de matéria que alimentam buracos negros supermassivos podem levar milhares de anos para passar por transformações semelhantes.
Existe, porém, uma espécie de atalho natural para observar esse processo.
Ele aparece quando uma estrela se aproxima demais de um buraco negro supermassivo. A gravidade extrema começa a deformá-la até que as forças de maré finalmente a destroem. Parte desse material passa então a orbitar o buraco negro e forma um novo disco de acreção.
Esses eventos, conhecidos como eventos de disrupção de maré, permitem acompanhar em apenas alguns anos uma transformação que normalmente aconteceria em uma escala de tempo muito maior.
Foi justamente isso que Adelle J. Goodwin e Andrew Mummery decidiram explorar.
Os pesquisadores analisaram 20 desses eventos usando observações em diferentes comprimentos de onda, incluindo luz visível, ultravioleta, raios X e rádio. Em dez deles, os dados permitiram reconstruir com precisão suficiente tanto a evolução da alimentação do buraco negro quanto o momento em que começaram a surgir emissões associadas à expulsão de matéria.
E foi nesse ponto que apareceu a pista.
Primeiro vem a tempestade. Depois, algo muda
Logo depois da destruição da estrela, o buraco negro recebe matéria em uma quantidade extraordinária. A taxa de acreção pode ultrapassar o chamado limite de Eddington, uma referência usada para descrever o equilíbrio entre a gravidade que puxa a matéria para dentro e a pressão da radiação produzida durante esse processo.
Nessa fase extrema, o sistema pode produzir intensos ventos e expulsões de material.
Mas os pesquisadores observaram um segundo momento muito mais interessante.
Depois de centenas ou até milhares de dias, o disco começa a perder intensidade. A quantidade de matéria sendo consumida diminui progressivamente e, quando a taxa de acreção chega a uma pequena fração do limite de Eddington, surge uma nova emissão associada à formação de um jet.
Esse tipo de jato é diferente de um simples vento. Em vez de material sendo expulso de maneira mais ampla, os jets podem concentrar partículas e energia em feixes extremamente colimados, lançados a velocidades próximas à da luz.
O detalhe que chamou a atenção dos pesquisadores foi justamente a taxa de alimentação na qual essa transição parece acontecer.
Ela ficou próxima de 2% do limite de Eddington.
E esse número já havia aparecido antes em outro tipo de buraco negro.
O mesmo comportamento aparece em objetos muito maiores
Astrônomos já haviam observado que buracos negros de massa estelar podem atravessar mudanças de estado em seus discos de acreção e voltar a produzir jets quando sua alimentação diminui para poucos pontos percentuais do limite de Eddington.
Agora, o estudo encontrou um comportamento semelhante em buracos negros supermassivos.
A diferença de escala é gigantesca. Buracos negros de massa estelar podem ter algumas vezes a massa do Sol, enquanto os supermassivos encontrados no centro das galáxias podem alcançar milhões ou até bilhões de massas solares.
Mesmo assim, a transição observada parece acontecer em uma faixa semelhante quando a alimentação é expressa em relação ao limite de Eddington.
Isso sugere que a massa absoluta do buraco negro pode não ser o principal fator responsável pelo aparecimento dos jets. O que realmente importa talvez seja o estado físico do disco de acreção e a quantidade relativa de matéria que está sendo consumida.
Os autores propõem, portanto, que exista uma taxa crítica de acreção capaz de provocar uma mudança no regime do disco e criar as condições necessárias para o surgimento de um jet.
Isso ainda não significa que os astrônomos tenham encontrado uma lei universal definitiva. A amostra analisada é relativamente pequena, e novas observações serão necessárias para verificar se o mesmo padrão aparece em uma quantidade muito maior de sistemas.
Mas, se a relação for confirmada, ela poderá conectar objetos separados por diferenças de massa de milhões de vezes usando uma mesma referência física.
E isso é mais importante do que parece.
Os jets conseguem transportar enormes quantidades de energia para muito além das proximidades do horizonte de eventos. Ao atingir o gás existente ao redor de uma galáxia, eles podem aquecê-lo, redistribuí-lo e influenciar as condições necessárias para o nascimento de novas estrelas.
Em outras palavras, uma mudança que começa em uma região extremamente pequena, próxima de um buraco negro, pode acabar afetando uma estrutura que se estende por milhares de anos-luz.
Talvez os gigantescos jatos observados em diferentes cantos do Universo não sejam fenômenos tão diferentes depois de tudo. Eles podem estar respondendo, em escalas completamente distintas, ao mesmo tipo de mudança no modo como o buraco negro se alimenta.
