Pas de Deux cósmico. NASA mostra dois buracos negros a distorcer luz
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A NASA publicou um vídeo em que mostra um par de buracos negros com milhões de vezes a massa do Sol que executam um pas de deux hipnótico.
A visualização da NASA mostra como os buracos negros distorcem e redirecionam a luz que emana do redemoinho de gás quente – chamado de disco de acreção – que envolve cada um deles durante a sua órbita "dançante".
Visto de perto do plano orbital, cada disco de acreção assume uma aparência de curvatura dupla característica. Contudo, à medida que um passa à frente do outro, a gravidade do buraco negro em primeiro plano transforma o seu parceiro numa sequência de arcos que muda rapidamente.
Essas distorções aparecem à medida que a luz de ambos os discos navega pelo tecido emaranhado do espaço-tempo perto dos buracos negros.
"Estamos a ver dois buracos negros supermassivos, um maior com 200 milhões de massas solares e um companheiro mais pequeno, pesando metade", disse Jeremy Schnittman, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA, em comunicado. "Estes são os tipos de sistemas binários de buracos negros em que achamos que ambos os membros poderiam manter discos de acreção com duração de milhões de anos."
Os discos de acreção têm cores diferentes – vermelho e azul – para facilitar o rastreamento das fontes de luz, mas a escolha também reflete a realidade.
O gás mais quente emite luz perto da extremidade azul do espectro e o material a orbitar buracos negros mais pequenos sofre efeitos gravitacionais mais fortes que produzem temperaturas mais altas. Para essas massas, ambos os discos de acreção iriam emitir a maior parte da sua luz ultravioleta, com o disco azul a atingir uma temperatura ligeiramente mais alta.
Vistos quase lateralmente, os discos de acréscimo parecem visivelmente mais brilhantes de um lado. A distorção gravitacional altera os caminhos da luz que vêm de diferentes partes dos discos, produzindo a imagem distorcida.
O rápido movimento do gás perto do buraco negro modifica a luminosidade do disco através de um fenómeno chamado Doppler boosting – um efeito da teoria da relatividade de Einstein que ilumina o lado a girar em direção ao observador e escurece o lado que se afasta.
A visualização também mostra um fenómeno mais subtil denominado "aberração relativística". Os buracos negros parecem mais pequenos à medida que se aproximam do visualizador e maiores quando se afastam.
Estes efeitos desaparecem ao visualizar o sistema de cima – mas surgem novos. Ambos os buracos negros produzem pequenas imagens dos seus parceiros que circulam em torno deles a cada órbita.
Para produzir estas imagens, a luz dos buracos negros deve ser redirecionada em 90 graus, o que significa que estamos a observar os buracos negros de duas perspetivas diferentes – de frente e de lado – ao mesmo tempo.
"Um aspeto impressionante desta nova visualização é a natureza auto-similar das imagens produzidas por lentes gravitacionais", explicou Schnittman. "A aproximação em cada buraco negro revela imagens múltiplas e cada vez mais distorcidas do seu parceiro."
Esta visualização foi feita através do caminho percorrido pelos raios de luz dos discos de acreção à medida que avançavam no espaço-tempo deformado em torno dos buracos negros. Num computador moderno, os cálculos necessários para este vídeo demorariam cerca de uma década.
Assim, Schnittman juntou-se ao cientista de dados Brian P. Powell para usar o supercomputador Discover no Centro de Simulação Climática da NASA. Usando apenas 2% dos 129 mil processadores do Discover, estes cálculos demoraram cerca de um dia.
Os astrónomos esperam que, num futuro não muito distante, consigam detetar ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo – produzidas quando dois buracos negros supermassivos, semelhantes ao que Schnittman descreveu, em espiral se fundem.