Astrônomos observam fenômenos inéditos no limite de um buraco negro ativo

Astrônomos de equipes internacionais monitorando um buraco negro supermassivo no coração de uma galáxia distante detectaram características nunca vistas antes 

Imagens de rádio da 1ES 1927 654 revelam estruturas emergentes que aparentam ser jatos de plasma erupcionando de ambos os lados do buraco preto central da galáxia seguindo um forte flare de rádio.A primeira imagem, tirada em junho de 2023, não mostra nenhum sinal do jato, possivelmente porque o gás quente o ocultou da visão.Em seguida, a partir de fevereiro de 2024, as características emergem e se expandem para longe do centro da galáxia, cobrindo uma distância total de cerca de meio ano-luz, conforme medido a partir do centro de cada estrutura.

Utilizando dados de missões da NASA e outros observatórios, eles observaram o lançamento de um jato de plasma movendo-se a quase um terço da velocidade da luz e flutuações rápidas e incomuns de raios X, provavelmente originadas muito próximas do buraco negro. O buraco negro em questão está localizado na galáxia 1ES 1927+654, a cerca de 270 milhões de anos-luz na constelação de Draco. Ele possui uma massa equivalente a aproximadamente 1,4 milhão de vezes a do Sol.

Mudanças inesperadas no buraco negro:

“Em 2018, o buraco negro começou mudando suas propriedades diante dos nossos olhos, com um grande aumento de brilho em luz visível, ultravioleta e raios X”, disse a professora associada Eileen Meyer, da Universidade de Maryland, Baltimore County (UMBC). Desde então, diversas equipes têm acompanhado o fenômeno.

Após esse evento, o buraco negro voltou a um estado mais calmo por quase um ano. Mas, em abril de 2023, uma equipe liderada por Sibasish Laha (UMBC e NASA) notou um aumento constante de raios X de baixa energia, detectado pelos telescópios Swift e NICER, da NASA. Esse monitoramento também incluiu observações do NuSTAR e do XMM-Newton, da ESA, e revelou novas atividades.

Um jato de plasma inesperado:

O aumento nos raios X levou a equipe realizando novas observações de rádio, que detectaram um intenso e incomum surto de emissão. Usando a rede de telescópios VLBA (Very Long Baseline Array), os cientistas identificaram jatos de gás ionizado, ou plasma, saindo de ambos os lados do buraco negro. Esses jatos se estendem por cerca de meio ano-luz.

Lançar jatos de plasma não é algo que todos os buracos negros fazem, e esse evento pode ajudar a esclarecer por que apenas alguns produzem esses fenômenos.

“O lançamento de um jato de buraco negro nunca foi observado em tempo real antes”, disse Meyer. Acredita-se que o jato tenha começado quando os raios X aumentaram, mas estava inicialmente oculto por gás quente antes de se tornar visível em 2024.

No conceito desse artista, a matéria é arrancada de um anão branco (esfera no canto inferior direito) em órbita dentro do disco de acreção mais interno que circunda o buraco negro supermassivo do ES1927 654.Os astrônomos desenvolveram esse cenário para explicar a evolução das oscilações rápidas de raios X detectadas pelo satélite XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA).A missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna) da ESA, que deverá ser lançada na próxima década, deverá ser capaz de confirmar a presença de uma anã branca em órbita por meio da detecção das ondas gravitacionais que ela produz.

Flutuações misteriosas de raios X

Entre julho de 2022 e março de 2024, o buraco negro apresentou variações muito rápidas de raios X. Sua intensidade aumentava e diminuía 10% a cada poucos minutos – um fenômeno raro chamado de oscilações quase periódicas em milihertz.

Megan Masterson, doutoranda no MIT, explicou que uma possível causa dessas oscilações seria um objeto orbitando dentro do disco de acreção do buraco negro. Cada ciclo de aumento e diminuição de raios X representaria uma órbita completa.

Ao longo de dois anos, o período dessas oscilações diminuiu de 18 minutos para apenas 7 minutos, sugerindo que o objeto estava se aproximando rapidamente do buraco negro e alcançando velocidades de até metade da velocidade da luz. Então, algo inesperado aconteceu: o período das oscilações se estabilizou.

“Ficamos surpresos com isso”, disse Masterson. “Mas percebemos que, ao se aproximar do buraco negro, a forte gravidade dele poderia começar a arrancar matéria do objeto companheiro. Essa perda de massa compensaria a energia perdida por ondas gravitacionais, interrompendo sua queda.”

A galáxia ativa 1ES 1927 654, circunferida, tem exibido alterações extraordinárias desde 2018, quando ocorreu uma grande explosão em luz visível, ultravioleta e de raios X.A galáxia abriga um buraco negro central que pesa cerca de 1,4 milhão de massas solares e está localizado a 270 milhões de anos-luz de distância.

O que é o objeto misterioso?

Se fosse um pequeno buraco negro, ele teria sido absorvido rapidamente. Uma estrela comum seria destruída pelas forças gravitacionais extremas. A equipe concluiu que o objeto poderia ser uma anã branca de baixa massa, um remanescente estelar compacto do tamanho da Terra, que poderia sobreviver próximo ao horizonte de eventos enquanto perdia parte de sua matéria.

O que vem a seguir?

Se o buraco negro realmente possui uma anã branca como companheira, isso deve gerar ondas gravitacionais detectáveis pelo LISA (Laser Interferometer Space Antenna), uma missão da ESA em parceria com a NASA, prevista para lançamento na próxima década.

Essas descobertas não apenas fornecem pistas importantes sobre a física dos buracos negros, mas também abrem novas oportunidades para explorar o universo usando ondas gravitacionais e outras ferramentas avançadas de astronomia.

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