Astrônomos observaram jato de um buraco negro de massa estelar dentro da Via Láctea.

Quando os raios X dispararam de uma área do céu que se pensava estar vazia em março de 2018, eles acionaram um sistema de alerta precoce. Astrônomos ao redor do mundo pararam o que estavam fazendo para direcionar seis telescópios, incluindo um a bordo da Estação Espacial Internacional, em direção ao flare. 

Nas observações resultantes, que variaram de rádio a raios-X, Alex Tetarenko (Texas Tech University) e seus colaboradores captaram algo nunca visto antes: a criação e o lançamento de jatos de um buraco negro, denominado MAXI J1820 + 070, cerca de 10.000 luz -anos de distância em nossa galáxia. Com as observações em mãos, eles calcularam as propriedades físicas do jato, como sua distância e movimento em relação ao buraco negro. 

“Os materiais do jato alteram a química do gás interestelar e afetam a galáxia e a formação de estrelas”, explica Tetarenko. “Eles também fornecem laboratórios para testar a física fundamental, portanto, entender o que os causa é muito importante.”

Na impressão desse artista, um buraco negro está puxando material de uma estrela companheira por meio de um disco de acreção. Parte desse plasma escapa por um jato.Gabriel Pérez Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias) 

Jatos do buraco negro

A maioria dos buracos negros que descobrimos dentro de nossa galáxia foram detectados porque eles têm um companheiro estelar. À medida que um buraco negro puxa a matéria de seu companheiro, a matéria espirala para dentro, perdendo energia e emitindo raios X, pouco antes de entrar na boca. 

Jatos então explodem dos pólos do buraco negro, impulsionando partículas com uma força tão concentrada que voam a velocidades relativísticas a anos-luz de distância, emitindo ondas de rádio que podem ser detectadas na Terra. 

Astrônomos observaram jatos ao redor de buracos negros grandes e pequenos - recentemente, por exemplo, o Event Horizon Telescope capturou imagens nítidas de jatos do buraco negro supermassivo M87 *. Mas as dúvidas permanecem quanto às origens dos jatos. Ou seja, de onde vem todo o poder de lançamento de jato?

O Event Horizon Telescope obteve uma imagem nítida sem precedentes do jato disparando do buraco negro supermassivo em Centaurus A. Mas os buracos negros supermassivos e seus jatos geralmente mudam em escalas de tempo mais longas do que as vidas humanas. Em torno de buracos negros de massa estelar, os astrônomos podem observar essas mudanças em escalas de tempo mais curtas.Radboud University; ESO / WFI; MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al .; NASA / CXC / CfA / R. Kraft et al .; EHT / M. Janssen et al. 

Existem duas teorias concorrentes: os jatos poderiam estar extraindo energia e momento angular dos campos magnéticos que traçam o horizonte de eventos do buraco negro em rotação, ou os campos magnéticos ancorados nos materiais girando no buraco negro poderiam fornecer a energia necessária. 

Para responder a essas perguntas, precisamos assistir a um ciclo completo para ver o lançamento e a extinção de um jato. Os buracos negros de massa estelar oferecem essa oportunidade porque percorrem um ciclo inteiro em poucos meses, em vez de levar milhões de anos como os buracos negros supermassivos fazem. 

Mapeando o Jet

MAXI J1820 queimou quando pegou uma gota extra de gás de seu companheiro estelar, que tem cerca de metade da massa do Sol. A equipe mediu a explosão em um amplo espectro de comprimentos de onda de raios-X a ondas de rádio. Usando um método de análise de tempo, eles finalmente conseguiram resolver os pequenos detalhes dos jatos da MAXI. 

"A tecnica . . . é análogo a como os navios usam o sonar para mapear objetos subaquáticos ”, explica Tetarenko,“ exceto aqui, usamos os sinais de tempo que se propagam de entrada para saída como 'sonar de buraco negro' para mapear as estruturas do jato. ” 

A análise de tempo revelou a altura da base dos jatos, seu ângulo e velocidade. Isso é importante, pois propriedades como a intensidade do campo magnético dependem muito da geometria.

As observações do Observatório de raios-X Chandra da NASA feitas em 2018 e 2019 (mostradas na inserção) permitiram que os astrônomos detectassem os jatos do buraco negro. Raios-X: NASA / CXC / Universidade de Paris / M. Espinasse et al .; Ótico / IR: PanSTARRS 

Os cálculos mostraram que os jatos do MAXI J1820 foram lançados a apenas um segundo-luz (300.000 km) de distância do buraco negro, cerca de 1.000 vezes mais perto do que a Terra está do sol. Tão perto do buraco negro, os jatos são extremamente estreitos, abrindo a apenas 0,45 graus, o ângulo mais estreito medido até agora. Com base nesses resultados, publicados no Astrophysical Journal , Andrzej Zdziarski (Academia Polonesa de Ciências), Tetarenko e Marek Sikora (também na Academia Polonesa de Ciências) acreditam que o buraco negro pode ser responsável por alimentar o jato. A energia que o jato carrega é consistente com as previsões teóricas do cenário de rotação do buraco negro, diz Tetarenko. 

Tetarenko espera que investigações mais profundas sobre os dados, bem como observações de mais sistemas de buracos negros, ajudem a confirmar o resultado. 

“Ao estudar simultaneamente como a emissão do binário de raios-X do buraco negro muda de uma parte do espectro eletromagnético para outra, Alex e seus colaboradores conseguem medir com precisão algo que nunca foi possível no passado com essa precisão”, observa Sara Motta (Universidade de Oxford, Reino Unido), que não estava envolvido no estudo. “Isso é crucial para restringir a física fundamental que rege a geração de jatos e o mecanismo de lançamento.”

Fonte: skyandtelescope.org