O buraco negro da Via Láctea esconde um passado explosivo

O buraco negro supermassivo da nossa Galáxia é famoso por ser um dos mais fracos do Universo. Os resultados de um novo telescópio espacial mostram que pode nem sempre ter sido esse o caso.

Uma imagem infravermelha de Sagitário B2, uma nuvem molecular no Centro Galáctico obtida com o Telescópio Espacial James Webb, que é de um tipo semelhante às nuvens estudadas pela equipa da Universidade do Estado do Michigan. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Ginsburg (Universidade da Flórida), N. Budaiev (Universidade da Flórida), T. Yoo (Universidade da Flórida); processamento de imagem - A. Pagan (STScI) 

Sagitário A*, localizado no centro da Via Láctea, parece ter-se inflamado dramaticamente algures nas últimas centenas de anos, de acordo com as emissões de raios X observadas pelo telescópio espacial XRISM. Estas descobertas surpreendentes revelam novos pormenores sobre a evolução dos buracos negros supermassivos. Também ensinam aos astrónomos lições sobre a história do nosso lar cósmico.

Stephen DiKerby, investigador da Universidade do Estado do Michigan, EUA, trabalhou com uma equipa internacional para medir os raios X provenientes de uma nuvem gigante de gás perto do centro da Galáxia. A equipa examinou a nuvem com um detalhe incrível graças à capacidade do XRISM de resolver a energia de cada fotão de raios X. As suas descobertas oferecem fortes evidências de que a nuvem está a brilhar em resposta a um surto passado de Sagitário A*.

Os resultados, publicados na revista The Astrophysical Journal Letters, realçam a precisão laboratorial do XRISM, mudando efetivamente o jogo da astronomia de raios X. O trabalho foi efetuado em colaboração com Kumiko Nobukawa da Universidade de Kindai, em Higashiosaka, Osaka, no Japão, e Masa Nobukawa da Universidade de Educação de Nara, também no Japão.

"Nada na minha formação profissional como astrónomo de raios X me tinha preparado para algo assim", disse DiKerby, investigador pós-doutorado no laboratório do professor assistente de física e astronomia Shuo Zhang. "Esta é uma nova e excitante capacidade e uma nova caixa de ferramentas para desenvolver estas técnicas".

Um buraco negro supermassivo é exatamente como o termo o descreve - um buraco negro massivo, contendo milhões ou milhares de milhões de massas solares de material, tão denso que nem a luz consegue escapar. Todas as grandes galáxias têm um, embora os investigadores ainda não saibam porquê.

Muitos buracos negros supermassivos são brilhantes porque o gás à sua volta aquece e emite radiação altamente energética. Em contraste, Sagitário A* quase não brilha. É um dos buracos negros mais ténues conhecidos no Universo, apenas visível porque está muito próximo da Terra.

Várias grandes nuvens moleculares flutuam à volta de Sagitário A* e podem atuar como espelhos cósmicos, refletindo os flashes de raios X do buraco negro. Os telescópios espaciais anteriores conseguiram detetar estes lampejos, mas não com resolução energética suficiente para examinar a sua estrutura fina ou determinar o que os produziu. 

Um mapa maior do Centro Galáctico mostrando Sgr A* (o buraco negro supermassivo) e várias nuvens moleculares notáveis. Crédito: figura 3 de Mori et al. 2015

O XRISM mudou isso. O telescópio foi lançado em 2023 através de uma parceria entre a NASA e a JAXA. As suas primeiras observações são muito aguardadas porque representam uma grande melhoria em relação a todos os telescópios espaciais existentes em termos de resolução energética. A maioria dos telescópios espaciais de raios X consegue distinguir a energia de um fotão até cerca de uma parte em 10, ou mesmo 100. O XRISM consegue resolver uma parte em 1000. As novas imagens são como passar de uma Polaroid para uma imagem tecnicolor de alta-definição.

DiKerby usou esta visão nítida para fazer zoom em duas linhas de emissão de raios X extremamente estreitas provenientes de uma das nuvens moleculares. Medindo as suas energias e formas com uma precisão inovadora, conseguiu determinar o movimento da nuvem e compará-lo com observações rádio anteriores. Também examinou características subtis no espetro para testar duas explicações diferentes para o brilho da nuvem.

Esses pormenores excluíram a ideia de que os raios cósmicos eram os responsáveis e, em vez disso, mostraram que a nuvem está a refletir um surto de raios X de Sagitário A* - efetivamente um "eco de luz" do passado. Estudando várias nuvens a diferentes distâncias do buraco negro, os astrónomos podem reconstruir uma linha temporal destas antigas erupções, tal como se usassem ecos atrasados para mapear a forma de uma gruta.

"Esta medição notável mostra quão poderoso o XRISM é a descobrir a história oculta do centro da nossa Galáxia", disse Zhang. "Ao resolver as linhas de ferro com tal clareza, podemos agora ler a atividade passada do Centro Galáctico com um detalhe sem precedentes".

Os dados mostram pela primeira vez como a resolução energética do XRISM pode medir características extremamente finas no Universo. A equipa espera que o telescópio abra muitas novas vias de descoberta.

"Somos apenas os cientistas sortudos que conseguiram resolver os problemas de manuseamento destes dados desta forma completamente nova", disse DiKerby. "Uma das coisas que mais gosto, em ser astrónomo, é saber que sou o primeiro ser humano a ver esta parte do céu desta forma".

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