NASA registrou e traduziu o som de um buraco negro supermassivo

A Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço (NASA) anunciou uma nova sonificação do buraco negro supermassivo no centro do aglomerado de galáxias de Perseu. Desde 2003, esse buraco negro tem sido associado com som, isso porque as ondas de pressão emitidas por esse corpo geram ondas no gás intra-aglomerado superaquecido (associadas a assinaturas de raios-X) que puderam ser traduzidas em uma nota - mas uma que humanos não podem ouvir (57 oitavas abaixo do Dó médio). A nova sonificação trouxe mais notas ao fenômeno e tornou as ondas sonoras perceptíveis à audição humana.

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SOM NO ESPAÇO?

Existe uma confusão entre o público sobre a alegada ausência de som no 'espaço'. De fato, a maior parte do espaço interestelar e interplanetário é composto essencialmente de vácuo, impossibilitando um meio para a propagação de ondas sonoras (ex.: na atmosfera terrestre, gases diversos estão presentes em uma densidade suficiente para permitir a propagação de ondas de choque transmitindo som). Porém, apesar de extremamente rarefeito, existe uma quantidade enorme de gás super quente no espaço intergaláctico dos aglomerados de galáxias, chamado de gás inter-aglomerado, que permite a transmissão efetiva de ondas sonoras sob certas condições.

Os aglomerados de galáxias são os maiores objetos no universo, englobando centenas e até milhares de galáxias mantidas unidas por um forte campo gravitacional, este o qual é oriundo, em maior parte, pela misteriosa Matéria Escura (!). De fato, as galáxias em si respondem por apenas 5% da massa total desses aglomerados; cerca de 80% desse total está na forma de matéria escura. A enorme quantidade de matéria escura produz uma gravidade tão grande que os aglomerados de galáxias curvam de forma significativa a luz passando próximo dos seus domínios, funcionando como verdadeiras "lentes gravitacionais" que ampliam fontes luminosas (como galáxias muito distantes) que seriam muitos difíceis de serem observadas.

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(!) Leitura recomendada: Matéria Escura, Energia Escura e Massa Negativa

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O restante de massa nos aglomerados de galáxias (15%) está na forma de plasma ("gás" inter-aglomerado), preenchendo o espaço entre as galáxias. O plasma - gás onde os elétrons são arrancados dos seus átomos, gerando uma nuvem de cargas positivas e negativas - está a uma temperatura variando de 10 milhões a 100 milhões de graus centígrados (°C), apesar de fases filamentares mais frias já ter sido detectada em vários agrupamentos. O gás inter-aglomerado possui uma densidade máxima próximo do centro do aglomerado, a qual vai diminuindo no sentido da parte mais externa. Esse gás está em razoável equilíbrio hidrostático com o potencial gravitacional estabelecido pela auréola da matéria escura, e possui origem do hidrogênio (H) e hélio (He) primordiais (produzidos logo após o Big Bang) e com posterior contribuição de material ejetado pelas galáxias do aglomerado (átomos diversos expulsos nas explosões estelares). Devido às altíssimas temperaturas, o gás inter-aglomerado emite continuamente enormes quantidades de raios-X.

Buracos negros supermassivos nos centros galácticos dos aglomerados produzem poderosos jatos de matéria e energia (núcleos galácticos ativos) que podem ser maiores do que as próprias galáxias ali presentes. Esses jatos geram bolhas no gás inter-aglomerado, expressadas como cavidades em meio às partículas emissoras de raios-X e fronteiras de compressão do plasma (associadas a emissões muito altas de raios-X). Esse processo gera verdadeiras ondas sonoras que podem ser lidas aqui na Terra como zonas de maior e de menor emissão de raios-X. Esse é o som produzido no espaço intergaláctico dos aglomerados.

Aliás, a produção de ondas sonoras pelos núcleos galácticos ativos possui significativa eficiência, sendo estimado que até 9% da energia dos jatos pode ser convertida em som no gás inter-aglomerado e contribuir de forma significativa para o super aquecimento do plasma ali presente (cujos mecanismos são ainda pouco esclarecidos) (Ref.4). 

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SOM DE PERSEU

O aglomerado de galáxias de Perseu (A426) está localizado a cerca de 250 milhões de anos-luz da Terra, e é um dos aglomerados galácticos mais próximos do nosso planeta. Englobando milhares de galáxias, o aglomerado de Perseu é uma das fontes mais luminosas de raios-X observada no céu terrestre, com emissão associada quase inteiramente ao gás inter-aglomerado. E, desde 2003, as ondas de pressão produzidas pelo supermassivo buraco negro ativo no centro de Perseu - especificamente dentro da galáxia gigante NGC 1275 - têm sido associadas com a geração de sons no gás inter-aglomerado. É estimado que esse buraco negro tenha uma massa equivalente a cerca de 800 milhões de massas solares (Ref.5).

Na nova sonificação de Perseu, as ondas sonoras previamente identificadas e extraídas desse aglomerado foram tornadas audíveis para humanos pela primeira vez, como mostrado no vídeo abaixo. As ondas sonoras foram extraídas em direções radiais, ou seja, do centro para o exterior. Os sinais foram, então, ressintetizados para a faixa da audição humana ao escalá-los em 57 e 58 oitavas acima da real altura (pitch). Em outras palavras, os sons de Perseu estão sendo ouvidos 144 quadrilhões e 288 quadrilhões de vezes (1 quadrilhão = 1 x 10^15) mais altos do que os sons associados à frequência original.

           

No vídeo acima, o escaneamento similar a um radar ao redor da imagem permite a percepção das ondas sonoras emitidas em diferentes direções. Na imagem, as cores azul e roxa representam as emissões de raios-X capturadas pelo Observatório Chandra de raios-X.

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> A imagem na Fig.1 foi produzida com dados astronômicos coletados ao longo de 17 dias de observações no Observatório Chandra. Os filamentos azul-escuros no centro do aglomerado de Perseu provavelmente representa uma galáxia sendo dilacerada e "devorada" pela galáxia gigante NGC 1275 (Perseus A). 

> Leitura recomendada: Qual é a velocidade máxima que o som pode alcançar?

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REFERÊNCIAS

1. https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/new-nasa-black-hole-sonifications-with-a-remix.html
2. https://pweb.cfa.harvard.edu/research/topic/galaxy-clusters
3. Mohapatra et al. (2020). Turbulent density and pressure fluctuations in the stratified intracluster medium. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 500(4), 5072–5087. 
4. Wang et al. (2022). Production Efficiencies of Sound Waves in the Intracluster Medium Driven by AGN Jets. arXiv [Preprint]. https://doi.org/10.48550/arXiv.2201.05298
5. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aaec75
6. https://www.nasa.gov/chandra/multimedia/perseus-cluster.html