Pesquisa examina a variabilidade intradiária de raios-X do blazar Markarian 421

Imagem Sloan Digital Sky Survey de Mrk 421. Crédito: Sloan Digital Sky Survey.

Ao analisar os dados do satélite XMM-Newton da ESA, astrônomos do Observatório Astronômico da Universidade Jagiellonian em Cracóvia, Polônia e em outros lugares, investigaram a variabilidade intradiária de raios-X de um blazar próximo conhecido como Markarian 421. Resultados do estudo, publicados 5 de junho no arXiv.org, pode nos ajudar a entender melhor a natureza das fontes de raios X de alta energia.

Os blazares são quasares muito compactos associados a buracos negros supermassivos (SMBHs) nos centros de galáxias elípticas gigantes ativas. Eles pertencem a um grupo maior de galáxias ativas que hospedam núcleos galácticos ativos (AGN) e são as fontes de raios gama extragalácticas mais numerosas. Suas características características são jatos relativísticos apontados quase exatamente para a Terra. 

Com base em suas propriedades de emissão óptica, os astrônomos dividem os blazares em duas classes: quasares de rádio de espectro plano (FSRQs) que apresentam linhas de emissão óptica proeminentes e amplas, e objetos BL Lacertae (BL Lacs), que não apresentam. 

A uma distância de cerca de 134 milhões de anos-luz , Markarian 421 (ou Mrk 421 para abreviar) é um dos blazares mais próximos da Terra. Observações anteriores do Mrk 421 o classificaram como um BL Lac devido ao seu espectro óptico sem características, emissão de rádio compacta, fluxos fortemente polarizados e variáveis ​​em bandas ópticas e de rádio. O blazar hospeda um SMBH central com uma massa estimada entre 200 e 900 milhões de massas solares. 

Mrk 421 também é classificado como um blazar de pico de alta energia (HBL), uma vez que seu pico síncrotron na distribuição espectral de energia (SED) foi encontrado em energias de raios X superiores a 0,1 keV. Isso, juntamente com seu espectro não térmico inexpressivo, torna o Mrk 421 um bom candidato para estudar o fluxo intradiário e as variações espectrais ao longo do tempo. Assim, uma equipe de astrônomos liderada por Angel Priyana Noel analisou suas observações de raios-X ao longo de 17 anos. 

"Utilizamos dados de arquivo público de 25 observações apontadas de Mrk 421 com um instrumento EPIC-pn a bordo do XMM-Newton realizado dentro de um período de 17 anos (2000-2017) para análise de fluxo e variações espectrais no IDV [variabilidade intradiária ] e estudar a emissão de raios-X que se espera que seja gerada no jato próximo ao buraco negro central do blazar", explicaram os pesquisadores. 

Em geral, os dados EPIC-pn disponíveis permitiram que a equipe realizasse análises de variabilidade de fluxo, variabilidade espectral e estudos correlacionados de bandas de raios-X moles e duros de Mrk 421 em escalas de tempo de IDV. Para todas as observações de raios-X apontadas, eles inspecionaram curvas de luz em bandas de energia suave (0,3-2,0 keV), dura (2,0-10,0 keV) e total (0,3-10,0 keV). 

O estudo descobriu que a variabilidade fracionária apresenta evidências claras de IDV de grande amplitude em 23 das 25 observações apontadas em todas as bandas de raios-X consideradas. O ciclo de trabalho do IDV foi estimado em 96%, no entanto, algum nível de variabilidade também foi identificado em todos os dados. 

Além disso, os resultados sugerem que a amplitude da variabilidade fracionária depende da faixa de energia dos raios X estudada e é sempre maior na banda dura do que na banda suave. As escalas de tempo de variabilidade mínima ponderada pela energia total para todas as observações apontadas ocorrem na faixa de 1.030 a 1.059 segundos.

Os pesquisadores também identificaram intervalos de tempo entre as bandas de energia suave e dura, mas não revelam nenhum padrão constante. Eles acrescentaram que a ocorrência de grandes defasagens em fótons moles ou duros está moderadamente relacionada ao grau de variabilidade do fluxo.

Fonte: phys.org