Alguns dos objetos mais brilhantes do céu são chamados de blazares. Eles consistem em um buraco negro supermassivo alimentando-se de material girando em torno dele em um disco, que pode criar dois jatos poderosos perpendiculares ao disco em cada lado. Um blazar é especialmente brilhante porque um de seus poderosos jatos de partículas de alta velocidade aponta diretamente para a Terra. Durante décadas, os cientistas se perguntaram: como as partículas nesses jatos são aceleradas a energias tão altas?
O Imaging X-Ray Polarimetry Explorer da NASA, ou IXPE , ajudou os astrônomos a chegar mais perto de uma resposta. Em um novo estudo da revista Nature , de autoria de uma grande colaboração internacional, os astrônomos descobrem que a melhor explicação para a aceleração da partícula é uma onda de choque dentro do jato.
“Este é um mistério de 40 anos que resolvemos”, disse Yannis Liodakis, principal autor do estudo e astrônomo do FINCA, o Centro Finlandês de Astronomia do ESO. “Finalmente tínhamos todas as peças do quebra-cabeça e a imagem que elas formavam era clara.”
Lançado em 9 de dezembro de 2021 na órbita da Terra, o satélite IXPE, que é uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, fornece um tipo especial de dados que nunca foram acessíveis do espaço antes. Esses novos dados incluem a medição da polarização da luz de raios-X, o que significa que o IXPE detecta a direção média e a intensidade do campo elétrico das ondas de luz que compõem os raios-X. Informações sobre a orientação do campo elétrico na luz de raios-X e a extensão da polarização não são acessíveis aos telescópios na Terra porque a atmosfera absorve os raios-X do espaço.
“As primeiras medidas de polarização de raios X dessa classe de fontes permitiram, pela primeira vez, uma comparação direta com os modelos desenvolvidos a partir da observação de outras frequências de luz, do rádio aos raios gama de altíssima energia”, disse Immacolata Donnarumma, cientista de projetos do IXPE na Agência Espacial Italiana. “O IXPE continuará a fornecer novas evidências à medida que os dados atuais são analisados e dados adicionais são adquiridos no futuro.”
O novo estudo usou o IXPE para apontar para Markarian 501, um blazar na constelação de Hércules. Este sistema de buraco negro ativo fica no centro de uma grande galáxia elíptica.
O IXPE observou o Markarian 501 por três dias no início de março de 2022 e novamente duas semanas depois. Durante essas observações, os astrônomos usaram outros telescópios no espaço e no solo para coletar informações sobre o blazar em uma ampla gama de comprimentos de onda de luz, incluindo rádio, óptica e raios-X. Enquanto outros estudos analisaram a polarização da luz de baixa energia dos blazares no passado, esta foi a primeira vez que os cientistas puderam obter essa perspectiva nos raios-X de um blazar, que são emitidos mais perto da fonte de aceleração das partículas.
“Adicionar polarização de raios-X ao nosso arsenal de rádio, infravermelho e polarização óptica é uma virada de jogo”, disse Alan Marscher, astrônomo da Universidade de Boston que lidera o grupo que estuda buracos negros gigantes com o IXPE.
Os cientistas descobriram que a luz de raios-X é mais polarizada do que a óptica, que é mais polarizada do que o rádio. Mas a direção da luz polarizada era a mesma para todos os comprimentos de onda de luz observados e também estava alinhada com a direção do jato.
Depois de comparar suas informações com modelos teóricos, a equipe de astrônomos percebeu que os dados correspondiam mais a um cenário em que uma onda de choque acelera as partículas do jato. Uma onda de choque é gerada quando algo se move mais rápido do que a velocidade do som do material circundante, como quando um jato supersônico voa na atmosfera da nossa Terra.
O estudo não foi projetado para investigar as origens das ondas de choque, que ainda são misteriosas. Mas os cientistas levantam a hipótese de que uma perturbação no fluxo do jato faz com que uma seção dele se torne supersônica. Isso pode resultar de colisões de partículas de alta energia dentro do jato ou de mudanças abruptas de pressão no limite do jato.
“À medida que a onda de choque atravessa a região, o campo magnético fica mais forte e a energia das partículas aumenta”, disse Marscher. “A energia vem da energia de movimento do material que produz a onda de choque.”
À medida que as partículas viajam para fora, elas emitem raios-X primeiro porque são extremamente energéticas. Movendo-se mais para fora, através da região turbulenta mais distante do local do choque, eles começam a perder energia, o que os leva a emitir luz menos energética, como ondas ópticas e depois ondas de rádio. Isso é análogo a como o fluxo de água se torna mais turbulento depois de encontrar uma cachoeira – mas aqui, os campos magnéticos criam essa turbulência.
Os cientistas continuarão observando o blazar Markarian 501 para ver se a polarização muda com o tempo. O IXPE também investigará uma coleção mais ampla de blazars durante sua missão principal de dois anos, explorando mais mistérios de longa data sobre o universo. “Faz parte do progresso da humanidade em direção à compreensão da natureza e de todo o seu exotismo”, disse Marscher.
Fonte:
https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-ixpe-helps-solve-black-hole-jet-mystery
