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Buraco negro no centro de uma galáxia distante periodicamente se incendeia. Crédito: Agência Espacial Europeia
O telescópio espacial de raios-X da ESA, XMM-Newton, detectou explosões periódicas nunca antes vistas de radiação de raios-X provenientes de uma galáxia distante que poderia ajudar a explicar alguns comportamentos enigmáticos de buracos negros ativos.
O XMM-Newton, o mais poderoso observatório de raios-X, descobriu alguns flashes misteriosos do buraco negro ativo no centro da galáxia GSN 069, a cerca de 250 milhões de anos-luz de distância. Em 24 de dezembro de 2018, a fonte aumentou repentinamente seu brilho em até um fator 100, depois voltou a seus níveis normais em uma hora e acendeu novamente nove horas depois.
"Foi completamente inesperado", diz Giovanni Miniutti, do Centro de Astrobiologia de Madri, Espanha, principal autor de um novo artigo publicado hoje na revista Nature .
" Buracos negros gigantes piscam regularmente como uma vela, mas as rápidas e repetidas mudanças observadas na GSN 069 a partir de dezembro são algo completamente novo".
Outras observações, realizadas com o XMM-Newton e o observatório de raios-X Chandra da NASA nos meses seguintes, confirmaram que o buraco negro distante ainda mantinha o ritmo, emitindo rajadas quase periódicas de raios-X a cada nove horas. Os pesquisadores estão chamando o fenômeno de erupções quase periódicas ", ou QPEs.
"A emissão de raios X vem de material que está sendo acumulado no buraco negro e aquece no processo", explica Giovanni.
"Existem vários mecanismos no disco de acreção que podem dar origem a esse tipo de sinal quase periódico, potencialmente ligado a instabilidades no fluxo de acreção próximo ao buraco negro central.
"Alternativamente, as erupções podem ser devidas à interação do material do disco com um segundo corpo - outro buraco negro ou talvez o remanescente de uma estrela anteriormente interrompida pelo buraco negro".
Visão óptica e raio-x. Crédito: Agência Espacial Europeia
Embora nunca tenha sido observado anteriormente, Giovanni e seus colegas acham que surtos periódicos como esses podem ser bastante comuns no Universo.
É possível que o fenômeno não tenha sido identificado antes, porque a maioria dos buracos negros nos núcleos de galáxias distantes, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol, é muito maior que a do GSN 069, que é apenas cerca de 400 000 vezes mais massivo que o nosso Sol.
Quanto maior e mais maciço o buraco negro, mais lentas as flutuações de brilho que ele pode exibir, de modo que um buraco negro supermassivo típico entra em erupção não a cada nove horas, mas a cada poucos meses ou anos. Isso tornaria a detecção improvável, pois as observações raramente abrangem períodos de tempo tão longos.
E tem mais. Erupções quase periódicas como as encontradas no GSN 069 podem fornecer uma estrutura natural para interpretar alguns padrões intrigantes observados em uma fração significativa de buracos negros ativos, cujo brilho parece variar muito rápido para ser facilmente explicado pelos modelos teóricos atuais.
"Conhecemos muitos buracos negros maciços cujo brilho aumenta ou diminui por fatores muito grandes em dias ou meses, enquanto esperamos que eles variem em um ritmo muito mais lento", diz Giovanni.
"Mas se parte dessa variabilidade corresponder às fases de ascensão ou decaimento de erupções semelhantes às descobertas no GSN 069, a rápida variabilidade desses sistemas, que parece atualmente inviável, poderia naturalmente ser considerada. Novos dados e novos estudos dirão se essa analogia realmente se mantiver ".
As erupções quase periódicas detectadas no GSN 069 também poderiam explicar outra propriedade intrigante observada na emissão de raios-X de quase todos os buracos negros supermassivos que acumulam luz: o chamado 'excesso mole'.
Consiste na emissão aprimorada com baixas energias de raios-X, e ainda não há consenso sobre o que a causa, com uma teoria líder invocando uma nuvem de elétrons aquecidos perto do disco de acreção.
Erupções quase periódicas no GSN 069. Crédito: European Space Agency
Como buracos negros semelhantes, o GSN 069 exibe um excesso de raios X tão suave durante as explosões, mas não entre as erupções.
"Podemos estar testemunhando a formação do excesso suave em tempo real, o que poderia lançar luz sobre sua origem física", diz o co-autor Richard Saxton, da equipe de operações XMM-Newton no centro de astronomia da ESA na Espanha.
"Como a nuvem de elétrons é criada não é clara no momento, mas estamos tentando identificar o mecanismo estudando as mudanças no espectro de raios-X do GSN 069 durante as erupções".
A equipe já está tentando identificar as propriedades definidoras do GSN 069 no momento em que as erupções periódicas foram detectadas pela primeira vez para procurar mais casos para estudar.
"Um dos nossos objetivos imediatos é procurar erupções quase periódicas por raios X em outras galáxias, para entender melhor a origem física desse novo fenômeno", acrescenta a coautora Margherita Giustini, do Centro de Astrobiologia de Madri.
"O GSN 069 é uma fonte extremamente fascinante, com potencial para se tornar uma referência no campo da acumulação de buracos negros", diz Norbert Schartel, cientista de projetos XMM-Newton da ESA.
A descoberta não teria sido possível sem os recursos da XMM-Newton.
"Essas explosões acontecem na parte de baixa energia da faixa de raios-X, onde o XMM-Newton é imbatível. Certamente precisaremos usar o observatório novamente se quisermos encontrar mais desses tipos de eventos no futuro", conclui Norbert .
"Erupções quase periódicas por raios X de nove horas a partir de um núcleo galáctico de buraco negro de baixa massa", de G. Miniutti et al., São publicadas na Nature .
Como os buracos negros moldam galáxias
Informações da revista: Nature
Informações da revista: Nature
Mais informações: G. Miniutti et al. Erupções quase periódicas por raios X de nove horas a partir de um núcleo galáctico de buraco negro de baixa massa, Nature (2019). DOI: 10.1038 / s41586-019-1556-x
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Hélio
R.M. Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de
conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro
da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos
da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space
Agency).
Participa do projeto S`Cool Ground Observation
(Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant
Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do
projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação
Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este
projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado
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State.
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