AMADORES AJUDAM À DESCOBERTA DE UM DISCO DEFORMADO EM TORNO DE UM BURACO NEGRO 29 de outubro de 2021
Um buraco negro com um disco de acreção deformado.
Crédito: John Paice
Uma equipa internacional de astrofísicos da África do Sul, Reino Unido, França e Estados Unidos encontrou grandes variações no brilho da luz vista em torno de um dos buracos negros mais próximos na nossa Galáxia, a 9600 anos-luz da Terra, que eles concluem serem provocadas por uma curvatura no seu disco de acreção.
Este objeto, MAXI J1820+070, entrou em erupção como um novo transiente em março de 2018 e foi descoberto por um telescópio de raios-X japonês a bordo da Estação Espacial Internacional. Estes transientes, sistemas que exibem surtos violentos, são sistemas binários, consistindo de uma estrela de baixa massa, semelhante ao nosso Sol e um objeto muito mais compacto, que pode ser uma anã branca, uma estrela de neutrões ou um buraco negro. Neste caso, MAXI J820+070 contém um buraco negro com pelo menos 8 vezes a massa do nosso Sol.
As primeiras descobertas foram agora aceites para publicação na revista internacional altamente conceituada, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cujo autor é o Dr. Jessymol Thomas, do SSAO (South African Astronomical Observatory).
A descoberta apresentada no artigo foi feita a partir de uma extensa e detalhada curva de luz obtida ao longo de quase um ano por dedicados amadores espalhados pelo planeta que fazem parte da AAVSO (American Association of Variable Star Observers). MAXI J1820+070 é um dos três transientes de raios-X mais brilhantes já observados, uma consequência tanto da sua proximidade com a Terra quanto de não se situar no plano obscuro da nossa Via Láctea. Por ter permanecido brilhante durante muitos meses, isto possibilitou ser seguido por muitos astrónomos amadores.
O professor Phil Charles, investigador da Universidade de Southampton e membro da equipa de investigação, explicou: "o material da estrela normal é puxado pelo objeto compacto para o disco de acreção circundante de gás em espiral. Os surtos violentos ocorrem quando o material no disco se torna quente e instável, é acumulado no buraco negro e liberta grandes quantidades de energia antes de atravessar o horizonte de eventos. Este processo é caótico e altamente variável, variando em escalas de tempo de milissegundos a meses."
A equipa de investigação produziu uma visualização do sistema, mostrando como um enorme fluxo de raios-X é emanado de muito perto do buraco negro e depois irradia a matéria circundante, especialmente o disco de acreção, aquecendo-o a cerca de 10.000 K, que é visto no visível. É por isso que, à medida que a explosão de raios-X diminui, o mesmo ocorre com a luz ótica.
Mas algo inesperado aconteceu quase três meses após o início do surto, quando a curva de luz ótica começou uma grande modulação - um pouco como rodar um variador de luz para cima e para baixo e quase dobrar o brilho no pico - ao longo de um período de aproximadamente 17 horas. No entanto, não houve nenhuma mudança na produção de raios-X, que permanecia estável. Embora pequenas modulações visíveis quase periódicas tenham sido vistas no passado durante outras explosões transitórias de raios-X, nada a esta escala tinha sido visto antes.
O que estava a provocar este comportamento extraordinário? "Com o ângulo de visão do sistema, pudemos rapidamente descartar a explicação normal de que os raios-X estavam a iluminar a face interna da estrela dadora porque o brilho estava a ocorrer à altura errada," disse o professor Charles. Nem podia ser devido à variação da luz de onde o fluxo de transferência de massa atinge o disco à medida que a modulação gradualmente se movia em relação à órbita.
Isto deixava apenas uma explicação possível, o enorme fluxo de raios-X irradiava o disco e fazia-o deformar, como mostra a imagem. A distorção fornece um grande aumento na área do disco que pode ser iluminado, fazendo com que o fluxo de luz ótica aumente dramaticamente quando vista no momento certo. Este comportamento já tinha sido visto em binários de raios-X com dadores mais massivos, mas nunca num buraco negro transiente com um dador de baixa massa como este. Abre um caminho completamente novo para estudar a estrutura e as propriedades dos discos de acreção deformados.
O professor Charles continuou: "Este objeto tem propriedades notáveis entre um grupo já interessante de objetos que têm muito para nos ensinar sobre os pontos finais da evolução estelar e sobre a formação de objetos compactos. Já conhecemos algumas dezenas de sistemas binários com buracos negros na nossa Galáxia, todos com massas na gama de 5 a 15 massas solares. Todos eles crescem pela acreção de matéria que testemunhámos de forma tão espetacular aqui."
Tendo início há cerca de 5 anos, um importante programa científico do SALT (Southern African Large Telescope) para estudar objetos transientes fez uma série de importantes observações de binários compactos, incluindo sistemas com buracos negros como MAXI J1820+070. Como investigador principal deste programa, o Dr. David Buckley afirma: "O SALT é uma ferramenta perfeita para estudar a mudança de comportamento destes binários de raios-X durante as suas explosões, que pode monitorizar regularmente durante períodos de semanas a meses e pode ser coordenado com observações de outros telescópios, incluindo aqueles no espaço."
