FLASHES PERIÓDICOS E INESPERADOS PODEM LANÇAR LUZ SOBRE A ACREÇÃO DE BURACOS NEGROS 13 de setembro de 2019
Uma visão de raios-X do buraco negro ativo no núcleo da galáxia distante GSN 069, a cerca de 250 milhões de anos-luz de distância, com base em dados do observatório de raios-X XMM-Newton da ESA. A parte superior da animação mostra as observações reais e o gráfico na parte inferior mostra variações no brilho dos raios-X da fonte em relação ao seu nível "inativo".
Esta animação é baseada em quase 40 horas de observações desta fonte, que passa por erupções nunca antes vistas - de nome "erupções quase periódicas", ou EQPs - a cada nove horas. A sequência foi acelerada para fins de ilustração; cada quadro corresponde a cerca de 3 minutos de tempo real de exposição do XMM-Newton.
Estas erupções foram detetadas pela primeira vez no dia 24 de dezembro de 2018, quando 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.
Embora nunca antes observados, os cientistas pensam que erupções quase periódicas como estas podem ser na realidade comuns no Universo.
Crédito: ESA/XMM-Newton; G. Miniutti & M. Giustini (CAB, CSIC-INTA, Espanha)
O telescópio espacial de raios-X da ESA, XMM-Newton, detetou 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.
"Foi completamente inesperado," diz Giovanni Miniutti, do Centro de Astrobiologia de Madrid, Espanha, autor principal de um novo artigo publicado anteontem na revista Nature.
"Os buracos negros gigantes piscam regularmente como uma vela, mas as mudanças rápidas e repetidas observadas em GSN 069 a partir do mês de dezembro 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 investigadores estão a chamar o novo fenómeno de "erupções quase periódicas," ou EQPs.
"A emissão de raios-X vem de material que está a ser acretado no buraco negro e aquecido no processo," explica Giovanni.
"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 - outro buraco negro ou talvez o remanescente de uma estrela anteriormente perturbada pelo buraco negro."
Embora nunca antes observados, Giovanni e colegas pensam que surtos periódicos como estes podem ser na realidade comuns no Universo.
É possível que o fenómeno não tenha sido identificado antes, porque a maioria dos buracos negros nos núcleos de galáxias distantes, com massas de milhões a milhares de milhões 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 deteção improvável, pois as observações raramente abrangem períodos de tempo tão longos.
E mais: 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 parecer variar demasiado depressa para ser facilmente explicado pelos modelos teóricos atuais.
"Conhecemos muitos buracos negros massivos cujo brilho aumenta ou diminui por fatores muito elevados em dias ou meses, enquanto esperamos que variem num ritmo muito mais lento," explica Giovanni.
"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 eletrões 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.
"Podemos estar a testemunhar a formação do excesso suave em tempo real, o que poderá esclarecer a sua origem física," diz o coautor Richard Saxton da equipa de operações do XMM-Newton no centro de astronomia da ESA na Espanha.
"De momento, não se sabe como a nuvem de eletrões é criada, mas estamos a tentar identificar o mecanismo estudando as mudanças no espetro de raios-X de GSN 069 durante as erupções."
A equipa já está a tentar identificar as propriedades que definem GSN 069, no momento em que as erupções periódicas foram detetadas pela primeira vez, a fim de procurar mais casos de estudo.
"Um dos nossos objetivos imediatos é procurar erupções quase periódicas de raios-X noutras galáxias, para melhor entender a origem física deste novo fenómeno," acrescenta a coautora Margherita Giustini do Centro de Astrobiologia de Madrid.
"GSN 069 é uma fonte extremamente fascinante, com potencial para se tornar numa referência no campo da acreção de buracos negros," diz Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA.
A descoberta não teria sido possível sem as capacidades do XMM-Newton.
"Estas explosões acontecem na parte menos energética da banda de raios-X, onde o XMM-Newton é imbatível. Certamente precisaremos de usar o observatório novamente se quisermos encontrar mais destes tipos de eventos no futuro," conclui Norbert.
O painel principal deste gráfico é uma imagem no visível obtida pelo DSS em torno da galáxia conhecida como GSN 069. A inserção fornece uma animação dos dados obtidos pelo observatório de raios-X Chandra da NASA durante um período de cerca de 20 horas nos dias 14 e 15 de fevereiro de 2019. A sequência é repetida novamente para mostrar como o brilho dos raios-X da fonte no núcleo de GSN 069 muda regularmente e drasticamente durante este período.
O observatório espacial de raios-X XMM-Newton da ESA foi o primeiro a detetar este fenómeno, detetando duas explosões separadas por nove horas no dia 24 de dezembro de 2018. Os cientistas então acompanharam com mais observações do XMM-Newton nos dias 16 e 17 de janeiro, encontrando cinco explosões, e com o Chandra menos de um mês depois, revelando mais três surtos.
Embora nunca antes observados, os cientistas pensam que erupções quase periódicas como estas podem ser na realidade comuns no Universo.
Crédito: raios-X - NASA/CXO/CSIC-INTA/G. Miniutti et al.; ótico - DSS
Variações no brilho de raios-X do buraco negro ativo no núcleo da galáxia distante GSN 069, a cerca de 250 milhões de anos-luz de distância, conforme registado pelo observatório de raios-X XMM-Newton da ESA (azul) e pelo observatório de raios-X Chandra da NASA (vermelho). O gráfico mostra o brilho dos raios-X da fonte em relação ao seu nível "inativo".
Os flashes da fonte foram observados pela primeira vez no dia 24 de dezembro de 2018, quando o seu brilho aumentou repentinamente por um fator de 100, e depois voltou aos seus níveis normais numa hora, só para "reacender" novamente nove horas depois. Outras observações realizadas durante um período de 54 dias confirmaram este comportamento, com "erupções quase periódicas" ou EQPs detetadas a cada nove horas.
Embora nunca antes observados, os cientistas pensam que erupções quase periódicas como estas podem ser na realidade comuns no Universo.
Crédito: ESA/XMM-Newton; NASA/CXC: G. Miniutti (CAB, CSIC-INTA, Espanha)
