Um conjunto espetacular de anéis ao redor de um buraco negro foi capturado usando o Observatório de Raios-X Chandra da NASA e o Observatório Neil Gehrels Swift. As imagens de raios-X dos anéis gigantes revelaram novas informações sobre a poeira localizada em nossa Galáxia, usando um princípio semelhante aos raios-X realizados em consultórios médicos e aeroportos.
O buraco negro é parte de um sistema binário chamado V404 Cygni, localizado a cerca de 7.800 anos-luz de distância da Terra. O buraco negro está ativamente puxando material de uma estrela companheira – com cerca de metade da massa do Sol – em um disco ao redor do objeto invisível. Este material brilha em raios-X, então os astrônomos se referem a esses sistemas como “binários de raios-X”.
Em 5 de junho de 2015, Swift descobriu uma explosão de raios-X do V404 Cygni. A explosão criou os anéis de alta energia a partir de um fenômeno conhecido como ecos de luz. Em vez de ondas sonoras ricocheteando em uma parede do cânion, os ecos de luz em torno do V404 Cygni foram produzidos quando uma explosão de raios-X do sistema do buraco negro ricocheteou nas nuvens de poeira entre o V404 Cygni e a Terra. A poeira cósmica não é como a poeira doméstica, mas sim a fumaça, e consiste em minúsculas partículas sólidas.
Em uma nova imagem composta, os raios X do Chandra (azul claro) foram combinados com dados ópticos do telescópio Pan-STARRS no Havaí, que mostram as estrelas no campo de visão. A imagem contém oito anéis concêntricos separados. Cada anel é criado por raios-X das chamas de V404 Cygni observadas em 2015 que refletem em diferentes nuvens de poeira.
A equipe analisou 50 observações do Swift feitas em 2015 entre 30 de junho e 25 de agosto. Chandra observou o sistema em 11 e 25 de julho.
Os anéis informam aos astrônomos não apenas sobre o comportamento do buraco negro, mas também sobre a paisagem entre o V404 Cygni e a Terra. Por exemplo, o diâmetro dos anéis nos raios X revela as distâncias às nuvens de poeira intermediárias que a luz ricocheteou. Se a nuvem estiver mais próxima da Terra, o anel parece ser maior e vice-versa. Os ecos de luz aparecem como anéis estreitos em vez de anéis largos ou halos porque a explosão de raios-X durou apenas um período de tempo relativamente curto.
Os pesquisadores também usaram os anéis para sondar as propriedades das próprias nuvens de poeira. Os autores compararam os espectros de raios-X – ou seja, o brilho dos raios-X em uma faixa de comprimentos de onda – a modelos de computador de poeira com diferentes composições. Diferentes composições de poeira resultarão em diferentes quantidades de raios-X de baixa energia sendo absorvidos e impedidos de serem detectados com o Chandra. Este é um princípio semelhante ao modo como diferentes partes de nosso corpo ou nossa bagagem absorvem diferentes quantidades de raios-X, fornecendo informações sobre sua estrutura e composição.
A equipe determinou que a poeira provavelmente contém misturas de grãos de grafite e silicato. Além disso, analisando os anéis internos com o Chandra, eles descobriram que as densidades das mudanças de nuvens de poeira não são uniformes em todas as direções. Estudos anteriores presumiram que não.
Este resultado está relacionado a uma descoberta semelhante do binário de raios-X Circinus X-1 , que contém uma estrela de nêutrons em vez de um buraco negro, publicado em um artigo em 20 de junho de 2015, número do The Astrophysical Journal, intitulado, ” Senhor dos anéis: uma distância cinemática para Circinus X-1 de um eco gigante de raios-X de luz “(pré-impressão). Este estudo também foi liderado por Sebastian Heinz.
Os resultados do V404 Cygni foram liderados pelo mesmo astrônomo, Sebastian Heinz, da Universidade de Wisconsin em Madison. Este artigo foi publicado na edição de 1 de julho de 2016 do The Astrophysical Journal (pré-impressão). Os co-autores do estudo são Lia Corrales (University of Michigan); Randall Smith (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian); Niel Brandt (Universidade Estadual da Pensilvânia); Peter Jonker (Instituto Holandês de Pesquisa Espacial); Richard Plotkin (Universidade de Nevada, Reno) e Joey Neilson (Universidade Villanova).
O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla a ciência de Cambridge, Massachusetts, e as operações de vôo de Burlington, Massachusetts.
Crédito da imagem: Raio X: NASA / CXC / U.Wisc-Madison / S. Heinz et al .; Ótico / IR: Pan-STARRS
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