Apesar de há muito se especular que buracos negros giram, evidências nunca foram realmente claras
A 55 milhões de anos-luz de distância, na galáxia conhecida como M87, existe um buraco negro supermassivo. Ele é poderosamente ativo, com uma massa de 6.5 bilhões de sóis e, em 2019, foi o primeiro a ser fotografado diretamente. A imagem de rádio capturada pelo Event Horizon Telescope (EHT) mostra um halo de luz distorcido pela gravidade do buraco negro e direcionado para nós.
De um lado do halo, a luz é mais brilhante, o que, segundo a relatividade geral, se deve à rotação do buraco negro. Foi a primeira confirmação direta de que o buraco negro gira. Um novo estudo publicado na Nature nos deu mais evidências rotacionais. Não é surpreendente que o buraco negro supermassivo de M87 gire. Tudo, desde estrelas até planetas, gira, então os astrônomos esperam que todos os buracos negros também girem.
O desafio é provar isso. Como os buracos negros não possuem características de superfície, a única maneira de determinar sua rotação é pelo seu efeito de torção no espaço e no tempo e como isso afeta a luz, o gás e a poeira próximos. As observações do EHT são consistentes com um buraco negro em rotação, mas, claro, isto pressupõe que a teoria da relatividade geral de Einstein esteja correta. Portanto, seria bom ter alguma evidência rotacional que não se baseasse nessa suposição.
Este novo estudo analisa um efeito rotacional conhecido como precessão. Pode-se notar esse efeito em coisas como piões. Se girarmos um pião, notaremos que sua orientação muda lentamente. O eixo de rotação entra em precessão graças à força da gravidade da Terra tentando fazê-lo cair. Muitos corpos em rotação entram em precessão.
A Terra, por exemplo, entra em precessão graças à atração da Lua. É por isso que há milhares de anos a estrela norte não era Polaris, mas a estrela Thuban na constelação de Draco. Como o M87 está ativo, ele gera jatos tremendos que se afastam dos polos rotacionais quase à velocidade da luz. Se ele estiver em precessão, a direção desses jatos deverá mudar com o tempo. Foi isso que o novo estudo procurou.
A equipe analisou mais de 17 anos de dados de rádio sobre o jato do buraco negro e descobriu que a orientação do jato mudou ligeiramente ao longo do tempo. Ele oscila cerca de 10 graus com um ciclo periódico de 8 a 10 anos. Isto significa que seu eixo de rotação está em precessão dentro deste intervalo. Como a precessão é um efeito direto da rotação, se trata de uma confirmação.
Embora a equipe tenha confirmado a rotação, o estudo levanta a questão sobre o que exatamente causa a precessão do buraco negro. A Terra e os topos entram em precessão porque experimentam um puxão gravitacional de outro corpo. O M87 tem a maior massa da região e não existe nenhum corpo próximo com massa semelhante. Então o que acontece? A resposta pode estar no efeito Lense-Thirring. Na relatividade geral, uma massa em rotação gira o espaço-tempo em torno dela, o que significa que qualquer coisa que a orbite pode ter uma órbita distorcida.
O efeito é pequeno para corpos como a Terra, embora tenha sido observado. Para buracos negros, o efeito Lense-Thirring pode ser poderoso. É possível que isto faça com que o disco de acreção de material que o rodeia fique ligeiramente torto e, quando o seu material é consumido, exerça um ligeiro torque, causando-lhe precessão. Se isso for verdade, então os jatos de muitos outros buracos negros supermassivos deverão ter um efeito semelhante.
O que é ótimo neste estudo é que nos fornece dados sólidos sobre o comportamento dinâmico de um buraco negro. Não precisamos confiar apenas em modelos computacionais para entender como eles interagem com o seu ambiente. Podemos agora comparar modelos com dados, o que nos ajudará não só a compreender melhor sua natureza, mas também as galáxias em que vivem.
