Explosões periódicas de raios X provenientes de buraco negro ativo

© Chandra/DSS (galáxia GSN 069)

O telescópio espacial de raios X XMM-Newton da ESA detectou explosões periódicas nunca antes vistas de radiação de raios X provenientes de uma galáxia distante que poderão 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 núcleo da galáxia GSN 069, a cerca de 250 milhões de anos-luz de distância. 

No dia 24 de dezembro de 2018, a fonte aumentou repentinamente de brilho por um fator de 100, e depois voltou aos seus níveis normais numa hora, só para "reacender" novamente nove horas depois. Os buracos negros gigantes piscam regularmente como uma vela, mas as mudanças rápidas e repetidas observadas em GSN 069 são algo completamente novo.

Outras observações, realizadas com o XMM-Newton bem como com 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 novo fenômeno de "erupções quase periódicas," ou EQPs.

A emissão de raios X vem de material que está sendo acretado no buraco negro e aquecido no processo. Existem vários mecanismos no disco de acreção que podem dar origem a este tipo de sinal quase periódico, potencialmente ligado a instabilidades no fluxo de acreção próximo do buraco negro central. Alternativamente, as erupções podem ser devidas à interação do material do disco com um segundo corpo, ou seja, outro buraco negro ou talvez o remanescente de uma estrela anteriormente perturbada pelo buraco negro.

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, são muito maiores do que o buraco negro em GSN 069, que é apenas cerca de 400.000 vezes mais massivo do que o nosso Sol.

Quanto maior e mais massivo o buraco negro, mais lentas as flutuações de brilho que pode exibir, de modo que um típico buraco negro supermassivo entra em erupção não a cada nove horas, mas a cada poucos meses ou anos. Isto tornaria a detecção improvável, pois as observações raramente abrangem períodos de tempo tão longos.

As EQPs como as encontradas em GSN 069 podem fornecer uma estrutura natural para interpretar alguns padrões intrigantes observados numa fração significativa de buracos negros ativos, cujo brilho parece variar demasiado depressa para ser facilmente explicado pelos modelos teóricos atuais.

Mas se parte desta variabilidade corresponder às fases de subida ou descida de erupções semelhantes às descobertas em GSN 069, então a rápida variabilidade destes sistemas, que parece atualmente inviável, pode ser explicada naturalmente. Novos dados e novos estudos dirão se esta analogia realmente se aplica.

As erupções quase periódicas avistadas em GSN 069 também podem explicar outra propriedade intrigante observada na emissão de raios X de quase todos os buracos negros supermassivos brilhantes com acreção: o chamado "excesso suave".

Consiste na emissão aprimorada a baixas energias de raios X, e ainda não há consenso sobre o que a provoca, a teoria principal invocando uma nuvem de elétrons aquecidos perto do disco de acreção.

Tal como buracos negros semelhantes, o de GSN 069 exibe um excesso de raios X tão suave durante as explosões, mas não entre as erupções.

A equipe já está tentando identificar as propriedades que definem GSN 069, no momento em que as erupções periódicas foram detectadas pela primeira vez, a fim de procurar mais casos de estudo.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte:. Cfa.harvard.edu