Astrônomos, usando os dados do Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi da NASA detectaram pistas de mudanças periódicas no brilho de uma chamada galáxia “ativa”, cujas emissões são alimentadas por um buraco negro gigante. Se confirmada, a descoberta marcaria a primeira emissão cíclica de raios-gamma com anos de duração, já detectada de qualquer galáxia, o que forneceria novas ideias sobre os processos físicos que ocorrem nas proximidades de um buraco negro.
“Observando muitos anos de dados obtidos pelo Large Area Telescope, o LAT, do Fermi, nós identificamos indicações de uma variação com aproximadamente dois anos de comprimento de raios-gamma emitidos pela galáxia conhecida como PG 1553+113”, disse Stefano Ciprini, que coordenou a equipe do Fermi no Centro de Dados Científicos, o ASDC, da Agência Espacial Italiana, em Roma. “Esse sinal é sutil, e dura menos do que 4 ciclos, assim, do mesmo modo que é algo espetacular de se ver é algo que precisa de mais observações”.
Buracos negros supermassivos com uma massa de milhões de vezes a massa do Sol, localizam-se no coração da maioria das galáxias, incluindo a nossa Via Láctea. Em cerca de 1% dessas galáxias, o buraco negro monstruoso, irradia energia equivalente à bilhões de vezes a energia do Sol, emissões que podem variar em escala de tempo de minutos a anos. Os astrônomos se referem a essas como sendo galáxias ativas.
Mais da metade das fontes de raios-gamma observadas pelo LAT do Fermi, são galáxias ativas, chamadas de blazars, como a PG 1553+113. À medida que a matéria cai em direção ao seu buraco negro supermassivo, algumas partículas subatômicas escapam numa velocidade próxima à velocidade da luz em um par de jatos apontados em direções opostas. O que faz um blazar tão brilhante é que um desses jatos de partículas podem estar diretamente apontados para nós.
“Em essência, nós estamos olhando diretamente para dentro do jato, assim, como o seu brilho varia se torna a nossa principal ferramenta para entender a estrutura do jato e o ambiente próximo do buraco negro”, disse Sara Cutini, uma astrofísica no ASDC.
Motivados pela possibilidade de mudanças regulares nos raios-gamma, os pesquisadores examinaram uma década de dados em múltiplos comprimentos de onda. Isso inclui observações ópticas de longo prazo do Observatório Tuorla na Finlândia, no Observatório Lick, na Califórnia, e Catalina Sky Survey, perto de Tucson, no Arizona, além de dados ópticos e de raios-X da nave Swift, da NASA. A equipe também estudou observações feitas pelo Rádio Observatório de Owens Valley, perto de Bishop, na Califórnia, que tem observado a PG 1553+113 a cada poucas semanas, desde de 2008, como parte de um programa de monitoramento de blazars que suporta a missão Fermi.
“As variações cíclicas na luz visível e nas ondas de rádio são similares às que nós vimos nos raios-gamma de alta energia do Fermi”, disse Stefan Larsson, um pesquisador no Instituto Real de Tecnologia em Estocolmo, em colaborador de longa data da equipe do ASDC. “O que o padrão seja muito consistente através de uma grande variedade de comprimentos de onda é uma indicação que a periodicidade é real e não apenas uma flutuação nos dados de raios-gamma”. Se o ciclo de raios-gamma da PG 1553+113 for de fato real, os pesquisadores fizeram a previsão que podem registrar um pico novamente em 2017 e 2019, bem dentro do tempo de vida operacional do Fermi.
Os cientistas identificaram alguns cenários que poderiam gerar emissões periódicas, incluindo diferentes mecanismos que poderiam produzir uma variação de duração de anos no jato de partículas de alta energia, emanando do buraco negro. O cenário mais animador envolve a presença de um segundo buraco negro próximo, em órbita, e produzindo o jato que nós observamos. A força gravitacional do buraco negro vizinho iria periodicamente inclinar a parte interna desse disco de crescimento do buraco negro companheiro, onde o gás caindo em direção ao buraco negro se acumula e se aquece. O resultado seria uma vagarosa oscilação do jato, algo parecido com o que acontece com um irrigador de jardim, que poderia produzir mudanças cíclicas nos raios-gamma, que nós observamos.
A PG 1553+113, localiza-se na direção da constelação da Serpente, e sua luz leva cerca de 5 bilhões de anos para alcançar a Terra.
O Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi, da NASA, foi lançado em Junho de 2008. A missões é uma parceria de astrofísica e de física de partículas, desenvolvida em colaboração com o Departamento Norte-Americano de energia, e com importantes contribuições de instituições acadêmicas e parceiros, na França, Alemanha, Itália, Japão, Suécia e Estados Unidos.
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