Buraco Negro emite gigantesca flare

Crédito: NASA/JPL-Caltech

Os comportamentos estranhos e desconcertantes dos buracos negros tornam-se cada dia menos misteriosos, com as novas observações feitas com as missões SWIFT e NuSTAR da NASA. Os dois telescópios espaciais registaram um buraco negro supermassivo no meio de uma gigantesca explosão de luz de raios-X, ajudando os astrônomos a tentarem resolver um enorme quebra-cabeças: como os buracos negros supermassivos emitem flares?

Os resultados sugerem que os buracos negros supermassivos emitem flares de raios-X, quando suas coroas circundantes, fontes de partículas extremamente energéticas, são atiradas ou lançadas para fora dos buracos negros.

“Essa é a primeira vez que nós somos capazes de ligar o lançamento da coroa com uma flare”, disse Dan Wilkins, da Universidade de Saint Mary em Halifax, no Canadá e principal autor do artigo que descreve os resultados na revista Monthly Notices of The Royal Astronomical Society. “Isso nos ajudará a entender como os buracos negros supermassivos alimentam alguns dos objetos mais brilhantes do universo”.

Os buracos negros supermassivos não emitem luz, mas são circundados por discos de material quente e brilhante. A gravidade do buraco negro puxa o gás ao redor, aquecendo esse material e fazendo com que ele brilhe com diferentes tipos de luz. Outra fonte da radiação perto do buraco negro é a coroa. As coroas são feitas de partículas altamente energéticas que geram luz de raios-X, mas os detalhes sobre sua aparência, ou como elas se formam, ainda não são claros.

Os astrônomos pensam que as coroas possuem duas prováveis configurações. O modelo do poste de luz, diz que elas são fontes compactas de luz, similar a lâmpadas, que se localizam acima e abaixo do buraco negro, ao longo do seu eixo de rotação. O outro modelo propõe que as coroas se espalham de forma mais difusa, como uma nuvem ao redor do buraco negro, ou como um sanduíche que engloba o disco circundante de material como fatias de pão. É possível que as coroas possam variar entre as duas configurações.

Os novos dados suportam o modelo do poste de luz, e demonstram como as coroas em forma de lâmpada se movem.
As observações começaram quando o Swift, que monitora o céu por explosões cósmicas de raios-X e de raios-gamma, registou a flare vinda de um buraco negro supermassivo, chamado de Markarian 335, ou Mrk 335, localizado a cerca de 324 milhões de anos-luz de distância da Terra, na direção da constelação de Pegasus. Esse buraco negro supermassivo, que se localiza no centro de uma galáxia, foi no passado uma das fontes de raios-X mais brilhantes no céu.

“Algo muito estranho aconteceu em 2007, quando o Mrk 335 diminui seu brilho por um fator de 30. O que nós descobrimos é que ele continuou expelindo flares mas não com a mesma intensidade de brilho e com tanta estabilidade como antes”, disse Luigi Gallo, o principal pesquisador para o projeto na Universidade Saint Mary. O co-autor Dirk Grupe, da Universidade Estadual de Morehead, no Kentucky, tem usado o Swift para regularmente monitorar o buraco negro desde 2007.

Em Setembro de 2014, o Swift registrou uma grande flare no Mrk 335. Quando Gallo descobriu, ele enviou um pedido para a equipa do NuSTAR para rapidamente seguir o objeto como parte do programa de oportunidade de alvo, onde as observações previamente planeadas são interrompidas por eventos importantes. Oito dias depois, o NuSTAR virou seus olhos de raios-X para o alvo e testemunhou a metade final do evento de flare.

Após uma análise cuidadosa dos dados, os astrônomos perceberam que eles estavam vendo uma ejeção, e um colapso eventual, da coroa do buraco negro.

“A coroa se encolheu num primeiro momento e então se lançou para fora do buraco negro como um jato”, disse Wilkins. “Nós ainda não sabemos como os jatos nos buracos negros se formam, mas é interessante pensar que a coroa do buraco negro estava começando a formar a base do jato antes dela colapsar”.

Como os pesquisadores puderam dizer que a coroa se moveu? A coroa emitiu luz de raios-X que tem um espectro levemente diferente do espectro proveniente do disco ao redor do buraco negro. Analisando o espectro de luz de raios-X do Mrk 335, através de um intervalo de comprimentos de onda observado tanto pelo Swift como pelo NuSTAR, os pesquisadores puderam dizer que a coroa tinha brilhado na luz de raios-X, e que esse brilho foi devido ao movimento da coroa.

As coroas podem se mover rapidamente. A coroa associada ao Mrk 335, de acordo com os cientistas, estava viajando a cerca de 20% da velocidade da luz. Quando isso acontece, e a coroa é lançada em nossa direção, sua luz brilha num efeito denominado de Explosão Relativística Doppler.

Colocando tudo isso junto, os resultados mostraram que o flare de raios-X desse buraco negro foi causado pela ejeção da coroa.

“A natureza da fonte energética de raios-X que nós chamamos de coroa é misteriosa, mas agora com a habilidade de ver mudanças como essa, nós pudemos obter pistas sobre seu tamanho e sua estrutura”, disse Fiona Harrison, a principal pesquisadora do NuSTAR no Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena, que não estava afiliada com o estudo.

Muitos outros mistérios dos buracos negros permanecem sem resposta ainda. Por exemplo, os astrônomos querem entender o que causa inicialmente a ejeção da coroa.

O NuSTAR é uma missão do projeto Small Mission liderado pelo Caltech e gerido pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, na Califórnia, para o Science Mission Directorate da Agência em Washington. O NuSTAR foi desenvolvido em parceria com a Danish Technical University e a ASI (Agência Espacial Italiana). A sonda foi construída pela empresa Orbital Sciences Corp., em Dulles, na Virginia. O centro de operações da missão NuSTAR está na Universidade da Califórnia Berkeley, e os arquivos de dados oficiais estão no High Energy Astrophysics Science Archive Research Center. A ASI fornece a estação em Terra da missão e uma cópia do arquivo. O JPL é gerido pelo Caltech para a NASA.

Fonte: NASA