Atualmente, o NuSTAR está contribuindo com novos insights sobre as intrincadas configurações que cercam os buracos negros supermassivos, que são onipresentes nos núcleos de todas as grandes galáxias, ostentando uma massa que varia de milhões a bilhões de vezes a do Sol. O tamanho minúsculo do buraco negro, caracterizado por um raio efetivo medido em horas-luz, empalidece em comparação com a vasta extensão da galáxia, quantificada em dezenas de milênios-luz. Notavelmente, durante períodos de rápida acreção, um disco escaldante composto por material orbital se materializa ao redor do buraco negro, capaz de eclipsar o brilho das centenas de bilhões de estrelas dentro do hospedeiro galáctico. Esse domínio central fervoroso e energético emite potentes raios-X e radiação ultravioleta, aninhado em uma estrutura maior e mais fria, postulada como possuindo uma configuração toroidal ou em forma de rosca. No entanto, os atributos precisos dessa extensão empoeirada, abrangendo suas dimensões e morfologia, permanecem em grande parte enigmáticos e elusivos. As últimas décadas testemunharam evidências crescentes sugerindo que o gás e a poeira exibem uma disposição irregular em vez de uma difusão homogênea, manifestando-se como um conjunto de nuvens circundando o buraco negro supermassivo central, em oposição a uma camada persistente de neblina que o obscurece de vista.
No passado, o domínio empoeirado era conceituado como uma estrutura toroidal homogênea ou uma esfera intercalada com seções cônicas posicionadas acima e abaixo do buraco negro. Por outro lado, os modelos contemporâneos introduziram formações mais complexas, como nuvens, fluxos de saída e discos deformados. Adicionando uma camada de complexidade, os modelos predominantes geralmente carecem de uma escala física definida, tornando o processo de obscurecimento plausível em qualquer lugar do coração do buraco negro até a extremidade mais externa da galáxia hospedeira.
A utilização das detecções de raios-X de alta energia do NuSTAR, ultrapassando 10 keV, serve como um instrumento potente para discernir alterações na luminosidade intrínseca das variações no obscurecimento. Traçando um paralelo aos cenários do dia a dia, uma redução na luminosidade semelhante a uma lâmpada mais fraca pode surgir de um abajur mais denso ou de uma lâmpada fraca. O NuSTAR captura habilmente raios-X penetrantes e de alta energia, impermeáveis a qualquer efeito de abajur; portanto, qualquer escurecimento observado dentro do espectro do NuSTAR está inerentemente ligado às propriedades intrínsecas da fonte (por exemplo, uma lâmpada mais fraca) em vez de flutuações na absorção (por exemplo, um abajur mais espesso). Através das lentes do NuSTAR, é possível obter uma compreensão abrangente dos mecanismos físicos subjacentes às flutuações de luminosidade ao observar uma fonte fazendo a transição entre brilho elevado e brilho moderado. Além disso, o NuSTAR discerne as emissões refletidas de raios-X dependendo das características e configuração de toda a estrutura toroidal (por exemplo, a expansividade e densidade ou opacidade da cobertura de nuvens), fornecendo assim informações valiosas sobre a arquitetura abrangente, particularmente quando justaposta aos atributos da linha de visão deduzidos da absorção variável.
Em uma publicação recente publicada na Astronomy & Astrophysics, a Dra. Nuria Torres-Alba, da Clemson University, e sua coorte de pesquisa avaliam a magnitude das entidades obscurecidas que cercam buracos negros supermassivos aproveitando as observações do NuSTAR de uma coorte de fontes próximas. Flutuações rápidas no obscurecimento em períodos de tempo menores do que alguns dias são indicativas de estruturas diminutas, provavelmente formações de nuvens próximas ao buraco negro, enquanto variações estendidas no obscurecimento abrangendo anos provavelmente emanam de estruturas remotas mais expansivas.
A equipe de pesquisa conduziu uma análise completa de um total de 53 observações individuais do NuSTAR com foco em uma amostra selecionada composta por 12 galáxias próximas que já foram identificadas como hospedando um buraco negro supermassivo localizado centralmente, passando por acreção significativa enquanto está fortemente obscurecido. Uma descoberta intrigante de seu estudo revela que aproximadamente metade dessas galáxias, especificamente 5 das 12, exibem indicações conspícuas de variabilidade no obscurecimento em escalas de tempo estendidas que abrangem vários anos. Esse resultado naturalmente leva a uma investigação importante: dada a suposta aglomeração do toróide ao redor desses buracos negros, quais fatores contribuem para a manifestação da variabilidade em menos da metade das fontes observadas? Uma via explicativa plausível a ser explorada diz respeito à observação de que essas fontes que exibem níveis de obscurecimento variáveis tendem a possuir distribuições de nuvens mais densas e extensas, além de colunas mais espessas de material obscurecedor, quando comparadas às suas contrapartes não variáveis.
Os modelos existentes utilizados pelos astrônomos para caracterizar toros grumosos nesses sistemas astrofísicos não foram ajustados para incorporar nenhuma das descobertas observacionais mencionadas acima. Investigações anteriores neste campo adotaram predominantemente abordagens anedóticas, muitas vezes com foco em objetos celestes individuais ou eventos específicos. Como alternativa, alguns estudos se concentraram na análise de amostras que consistem em fontes com níveis mais baixos de obscurecimento, esperando assim uma variabilidade mínima decorrente do componente toróide empoeirado. Notavelmente, o presente trabalho de pesquisa representa um esforço pioneiro, pois marca o exame abrangente inaugural de sistemas altamente obscurecidos usando dados do NuSTAR. Este estudo inovador não apenas estabelece um novo padrão para avaliar modelos de toro irregular, mas também impõe restrições aos parâmetros cruciais do modelo, abrangendo fatores como abundância, densidade, dimensões e características orbitais da nuvem.
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