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25 de fevereiro de 2024

Satélite RXTE Estuda Jatos de Buracos Negros

Por décadas os astrônomos têm estudado o complexo comportamento de sistemas binários formados por uma estrela normal e um buraco negro. Nesses sistemas, o gás proveniente da estrela normal flui em direção ao buraco negro e forma um disco ao seu redor. A fricção dentro do disco esquenta o gás até temperaturas de milhões de graus – quente o suficiente para produzir raios-X. Na borda mais interna do disco, próximo ao buraco negro, um forte campo magnético uma parte do gás pro meio de jatos em direções opostas que viajam a aproximadamente metade da velocidade da luz.

Essa é a visão geral do fenômeno, porém os detalhes ainda não foram esclarecidos. Por exemplo, quem é o principal responsável pelos raios-X que são emitidos pelos jatos? O disco? Ou existe alguma região de alta energia no limite do buraco negro?

Agora, os astrônomos usando o satélite Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE) da NASA, juntamente com dados ópticos, infravermelho e de rádio, descobriram que, os raios-X são provenientes dos jatos.


“Modelos teóricos já haviam sugerido tal possibilidade há alguns anos, mas essa é a primeira vez que se pode confirmar tal teoria por meio de análises feitas em vários comprimentos de onda”, disse David Russell, autor principal do estudo e pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Amsterdã.

Russell e seus colegas observaram o já bem conhecido buraco negro binário XTE J1550-564. O sistema localiza-se a 17000 anos-luz de distância na direção da constelação da Norma e possui um buraco negro com massa 10 vezes maior que a massa do Sol. O sistema binário foi descoberto em 1998 pelo RXTE, quando ele tornou-se uma das fontes mais brilhantes de raios-X no céu.

Entre Abril e Julho de 2000, o sistema experimentou outra explosão de raios-X. O satélite RXTE monitorou o evento nesse comprimento de onda, com uma ajuda adicional do Observatório de Raios-X Chandra da NASA. Observações ópticas e infravermelhas também cobriram a explosão com observações feitas pelo telescópio de 1 metro YALO-1 localizado no Observatório Inter-Americano de Cerro Tololo no Chile, enquanto que observações de rádio foram coletadas pelo Australia Telescope Compact Array.

Trabalhando nesses dados, Russell e sua equipe reconstruiu uma imagem detalhada da emissão de raios-X ocorrida durante a explosão. O estudo aparece na edição de 1 de Julho de 2010 da Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Nós suspeitamos que essas explosões estão ligadas ao aumento na quantidade de massa que cai no buraco negro”, explica Russell. “Onde e como a emissão ocorre são as únicas pistas que temos para saber o que está acontecendo”.


Como a explosão começou em meados de Abril de 2000, a mais brilhante emissão de raios-X do sistema foi dominada por uma energia mais alta de raios-X vindos de uma região muito próxima do buraco negro.

“Nós achamos que a fonte desses raios-X é uma região de elétrons muito energéticos que formam uma coroa ao redor da parte mais interna do disco”, disse Russell. Quando esses elétrons se transformam em fótons de luz visível, a colisão leva os fótons para altas energias de raios-X, um processo conhecido como Espalhamento Inverso de Compton. Os jatos nesses casos estão presentes mas são coadjuvantes.

Por semanas, o pico de emissão de raios-X se moveu para energias mais baixas e parece ter vindo do denso gás localizado no disco de acresção. Ao mesmo tempo, o disco quente se dissipou energizando os jatos e desaparecendo.

No final de Maio de 2000, o disco de acresção do sistema XTE J1550-564 se esfriou o suficiente para que os jatos fossem ligados novamente. A maioria dos raios-X que vinham de locais mais apagados porém mais energéticos, novamente começaram a ver do espalhamento de elétrons energéticos próximos ao buraco negro.

No início de Junho, a medida que o sistema se apagava e o seu pico de emissão vagarosamente ficava mais leve, os jatos emergiam da fonte principal de raios-X. No jato, os elétrons e os posítrons se movem a uma velocidade próxima a da luz  e emitem radiação a medida que eles encontram campos magnéticos em um processo chamado de emissão sincrotron.

Os jatos necessitam de um abastecimento contínuo de partículas com energias de trilhões de elétron-volts, isto é, bilhões de vezes mais energético que a luz visível. “A energia total dos jatos é enorme, muito maior do que se pensava antes”, disse Russell.

À medida que se entrou no verão, os jatos gradualmente foram se desligando e as suas emissões de raios-X se tornando mais leves. Em Setembro, o mais brilhante raio-X do sistema vinha de aglomerações de alta velocidade de matéria que os jatos emitiram para o espaço durante erupções prévias.

“Nós estamos realmente começando a entender esses sistemas extremos, graças em grande parte ao RXTE”, adicionou Russell. “Nós podemos aplicar o que aprendemos em sistemas binários próximos como o XTE-J1550 para buracos negros muito maiores e jatos que são encontrados no centro dessas galáxias”.

Lançado em 1995, o RXTE ainda está forte. “Das atuais missões gerenciadas pela NASA somente o Hubble tem trabalhado por mais tempo que o RXTE”, disse Tod Strohmayer, cientista de projeto da missão no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Md. As capacidades únicas do RXTE fornecem aos cientistas idéias sobre buracos negros e estrelas de nêutrons e permitem detectar explosões curtas e apagadas, que são facilmente perdidas por outras missões que exploram o céu dentro do comprimento de onda dos raios-X.

Fonte:

http://www.nasa.gov/topics/universe/features/black-hole-jets.html

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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