Artigo traduzido de RAS. Autor: Whitney Clavin.
Os comportamentos desconcertantes e estranhos dos buracos negros tornaram-se um pouco menos misteriosos recentemente, com novas observações das missões Swift e NuSTAR da NASA. Os dois telescópios espaciais capturaram um buraco negro supermassivo no meio de uma erupção gigante de luz de raios-X, ajudando os astrônomos resolver um enigma constante: como buracos negros supermassivos brilham?
Os resultados sugerem que os buracos negros supermassivos emitem feixes de raios X quando suas coronas circundantes – fontes de partículas extremamente energéticas – disparam para longe dos buracos negros.
“Esta é a primeira vez que temos sido capazes de ligar o disparo da corona a um pulso de energia”, disse Dan Wilkins, da Universidade de Saint Mary, em Halifax, Canadá, principal autor de um novo estudo sobre os resultados que aparecem no Monthly Notices da Royal Astronomical Society. “Isso vai nos ajudar a entender como os buracos negros supermassivos abastecem alguns dos objetos mais brilhantes do universo”.
Buracos negros supermassivos não emitem luz, mas são muitas vezes cercados por discos de material incandescente. A gravidade de um buraco negro puxa o gás em rotação, aquecendo este material e fazendo-o brilhar com diferentes tipos de luz. Outra fonte de radiação perto de um buraco negro é a corona. Coronas são compostas de partículas altamente energéticas que geram luz de raios-X, mas os detalhes sobre sua aparência e como se formam ainda não são claros.
Astrônomos acreditam que as coronas têm uma das duas configurações possíveis. O modelo de “poste de luz” diz que elas são fontes compactas de luz, semelhante a lâmpadas, que ficam acima e abaixo do buraco negro, ao longo do seu eixo de rotação. O outro modelo propõe que as coronas são distribuídas de forma mais difusa, tanto como uma nuvem maior em torno do buraco negro quanto como um “sanduíche” que envolve o disco em torno do material como fatias de pão. Na verdade, é possível que as coronas alternem entre ambas as configurações.
Os novos dados confirmam o modelo “poste de luz” – e demonstram, nos menores detalhes, como as coronas do tipo lâmpadas se movem. As observações começaram quando o Swift, que monitora o céu em busca de explosões cósmicas de raios-X e raios gama, capturou um grande clarão vindo do buraco negro supermassivo chamado Markarian 335, ou Mrk 335, localizado a 324 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação de Pegasus. Este buraco negro supermassivo, que fica no centro de uma galáxia, já foi uma das mais brilhantes fontes de raios-X no céu.
“Algo muito estranho aconteceu em 2007, quando Mrk 335 diminuiu de intensidade por um fator de 30. O que descobrimos é que ele continua a emitir os pulsos de energia, mas não atingiu os níveis de brilho e estabilidade vistos antes”, disse Luigi Gallo, o investigador principal do projeto na Universidade de Saint Mary. Outro co-autor, Dirk Grupe da Morehead State University, em Kentucky, tem utilizado o Swift para monitorar regularmente o buraco negro desde 2007.
Em setembro de 2014, o Swift flagrou um pulso de energia gigantesco do Mrk 335. Assim que Gallo o descobriu, ele enviou um pedido para que a equipe do NuSTAR seguisse rapidamente o objeto como “alvo de oportunidade” do programa, onde o cronograma de observações programado do observatório é interrompido para eventos importantes. Oito dias depois o NuSTAR ajustou seus olhos de raio-X no alvo, capturando a metade final do pulso de energia.
Depois de uma análise cuidadosa dos dados, os astrônomos perceberam que estavam vendo a ejeção, e eventual colapso, da corona do buraco negro.
“Primeiro a corona se reuniu e, em seguida, se lançou para cima como um jato”, disse Wilkins. “Nós ainda não sabemos como os jatos do buracos negros se formam, mas essa é uma possibilidade empolgante, a corona deste buraco negro estava começando a formar a base de um jato antes de entrar em colapso”.
Como os pesquisadores podem dizer que a corona se moveu? A corona emite luz de raio-X que tem um espectro ligeiramente diferente da luz que vem do disco ao redor do buraco negro. Ao analisar o espectro de luz de raios-X de Mrk 335 em toda uma gama de comprimentos de onda observados pelo Swift e pelo NuSTAR, os pesquisadores puderam dizer que foi a corona de luz de raios-X que brilhou – e que esse brilho foi devido ao movimento da corona.
Coronas podem se mover muito rapidamente. A corona associada ao Mrk 335, de acordo com os cientistas, estava viajando a cerca de 20% da velocidade da luz. Quando isso acontece, e a corona se lança em nossa direção, sua luz aparece num efeito chamado Doppler relativístico.
Reunindo tudo isso, os resultados mostram que o pulso de energia de raio-X deste buraco negro foi causado pela corona ejetada.
“A natureza da fonte energética de raios-X que chamamos de corona é misteriosa, mas, agora com a capacidade de ver mudanças dramáticas como esta, estamos recebendo pistas sobre seu tamanho e estrutura”, disse Fiona Harrison, a principal investigadora do NuSTAR do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, que não esteve envolvida no estudo.
Muitos outros enigmas sobre o buraco negro permanecem. Por exemplo, os astrônomos querem entender o que causa a ejeção da corona em primeiro lugar.
