O BURACO NEGRO QUE ENGOLE A PRÓPRIA LUZ

O horizonte de eventos é o que faz de um buraco negro um buraco negro: uma fronteira além da qual nada, nem mesmo a luz, pode voltar. Por definição, ele não nos envia nenhum sinal. O Event Horizon Telescope fotografou as sombras dos buracos negros gigantes da galáxia M87 e de Sagitário A* — evidência indireta de um horizonte. Mas o horizonte de um buraco negro nascido de uma estrela tem apenas dezenas de quilômetros de diâmetro, pequeno demais para ser fotografado.

O argumento do companheiro apagado

Os astrônomos têm outra pista. Em pares em que uma estrela morta puxa gás de uma companheira, os sistemas de buraco negro em repouso costumam ser cerca de cem vezes mais fracos do que os sistemas de estrela de nêutrons com órbitas semelhantes. A explicação: o gás que cai atinge a superfície de uma estrela de nêutrons e brilha, enquanto um buraco negro engole a energia.

O ponto fraco é uma suposição. O argumento supõe que órbitas semelhantes significam ritmos de alimentação semelhantes. Para órbitas de mais de 80 minutos, a companheira pode ser uma anã marrom, uma estrela comum ou uma gigante, e vários efeitos podem impulsionar o fluxo de gás. O verdadeiro ritmo de alimentação é desconhecido.

Pares que orbitam em minutos

Qian-Qi Ma, Wei-Min Gu e Mouyuan Sun, da Universidade de Xiamen, com Shan-Shan Weng, da Universidade Normal de Nanquim, voltaram-se para as binárias de raios X ultracompactas. Quando a órbita dura menos de 40 minutos, os dois corpos estão tão próximos que a companheira só pode ser uma anã branca. E a órbita encolhe principalmente pela emissão de ondas gravitacionais.

Isso torna esses sistemas laboratórios limpos. O ritmo de alimentação passa a depender apenas da teoria da gravidade e da relação entre o tamanho de uma anã branca e sua massa. Ele pode ser calculado apenas a partir do período orbital, com algumas massas supostas: 1,4 a 2 sóis para uma estrela de nêutrons, 3 a 20 para um buraco negro.

A equipe selecionou cinco desses sistemas, todos em aglomerados globulares, densas bolas de estrelas velhas cujas distâncias são conhecidas com precisão de 2%:

• quatro contêm uma estrela de nêutrons, identificada por suas explosões termonucleares de raios X;
• um, 47 Tuc X-9, contém um buraco negro, identificado pela forma como suas emissões de rádio e de raios X variam em conjunto. Sua órbita dura cerca de 28 minutos.

Em seguida, compararam a emissão média de raios X de cada sistema, obtida pelo Chandra, pelo Swift e por outros observatórios, com o ritmo de alimentação calculado.

Mil vezes mais apagado

O resultado é a eficiência radiativa: a fração da energia da massa que cai que sai na forma de raios X.

• Para as quatro estrelas de nêutrons, ela fica acima de 5%.
• Para o buraco negro, fica abaixo de 0,03%.

A diferença é de duas a três ordens de grandeza. O par mais marcante: o sistema de estrela de nêutrons M15 X-2 e o buraco negro 47 Tuc X-9 são alimentados em ritmos semelhantes, cerca de 10¹⁶ gramas por segundo, mas 47 Tuc X-9 é mil vezes mais fraco. Mesmo admitindo incertezas de até um fator dez no brilho de algumas fontes, os dois grupos continuam separados.

Para onde vai a energia

Os autores explicam isso pelo que há no fundo. Uma estrela de nêutrons tem uma superfície dura: mesmo que o gás quente que cai irradie pouco no caminho, sua energia acaba depositada nessa superfície e reemitida. Um buraco negro não tem superfície. Em ritmos de alimentação baixos, boa parte da energia do gás é levada para dentro na forma de calor — e desaparece atrás do horizonte.

Para os autores, trata-se de uma evidência forte do horizonte de um buraco negro estelar, embora indireta, como diz o próprio resumo deles. Ela se apoia num único buraco negro. Eles fazem uma previsão testável: qualquer nova estrela de nêutrons encontrada num par tão apertado deverá cair no grupo brilhante, e qualquer buraco negro com órbita semelhante deverá ser tão apagado quanto 47 Tuc X-9.

Uma lição para os buracos negros gigantes

O estudo traz um alerta mais amplo. No caso dos buracos negros, o brilho é uma medida ruim de quanto eles comem. Um buraco negro pode crescer continuando apagado. Segundo os autores, os levantamentos que deduzem o crescimento dos buracos negros supermassivos a partir de sua luz podem deixar escapar parte desse crescimento.