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IXPE ajuda os investigadores a determinar a forma da coroa dos buracos negros
22 de outubro de 2024
 

Esta ilustração de material a girar em torno de um buraco negro destaca uma característica particular, chamada "coroa", que brilha intensamente em raios X. Nesta representação, a coroa pode ser vista como uma névoa púrpura que flutua acima do disco de acreção subjacente, estendendo-se ligeiramente para dentro do seu bordo interior. O material no interior do disco de acreção é incrivelmente quente e brilharia com uma luz branco-azulada ofuscante, mas aqui foi reduzido o brilho para fazer sobressair a coroa com melhor contraste. A sua cor púrpura é meramente ilustrativa, representando o brilho dos raios X que não seria óbvio no visível. A deformação no disco é uma representação realista da forma como a imensa gravidade do buraco negro atua como uma lente ótica, distorcendo a nossa visão do disco plano que o rodeia.
Crédito: NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt
 
     
 
 
 

Novas descobertas, recorrendo a dados da missão IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA, fornecem uma perspetiva sem precedentes sobre a forma e a natureza de uma estrutura importante para os buracos negros de nome coroa.

A coroa é uma região de plasma em movimento que faz parte do fluxo de matéria de um buraco negro, sobre a qual os cientistas têm apenas uma compreensão teórica. Os novos resultados revelam a forma da coroa pela primeira vez e podem ajudar os cientistas a compreender o seu papel na alimentação e manutenção dos buracos negros.

Muitos buracos negros, assim designados porque nem a luz consegue escapar à sua gravidade titânica, estão rodeados por discos de acreção, remoinhos de gás cheios de detritos. Alguns buracos negros também têm jatos relativistas - explosões ultrapoderosas de matéria lançada para o espaço a alta velocidade por buracos negros que estão a comer ativamente o material à sua volta.

Menos conhecido, talvez, é o facto de os buracos negros comedores, tal como o Sol e outras estrelas, também possuírem uma coroa superaquecida. Ao passo que a coroa do Sol, que é a atmosfera mais externa da estrela, arde a cerca de um milhão de graus Celsius, a temperatura da coroa de um buraco negro está estimada em milhares de milhões de graus.

Os astrofísicos já tinham identificado coroas em buracos negros de massa estelar - formados pelo colapso de uma estrela - e em buracos negros supermassivos, como o que se encontra no coração da nossa Galáxia, a Via Láctea.

"Os cientistas há muito que especulam sobre a composição e sobre a geometria da coroa", disse Lynnie Saade, investigadora de pós-doutoramento no Centro de Voo Espacial Marshall da NASA em Huntsville, no estado norte-americano do Alabama, e principal autora das novas descobertas. "Será uma esfera acima e abaixo do buraco negro, ou uma atmosfera gerada pelo disco de acreção, ou talvez plasma localizado na base dos jatos?"

E é aqui que entra o IXPE, especializado na polarização de raios X, a característica da luz que ajuda a mapear a forma e a estrutura das mais poderosas fontes de energia, iluminando o seu funcionamento interno mesmo quando os objetos são demasiado pequenos, brilhantes ou distantes para serem vistos diretamente. Assim como podemos observar em segurança a coroa do Sol durante um eclipse solar total, o IXPE fornece os meios para estudar claramente a geometria da acreção do buraco negro, ou a forma e estrutura do seu disco de acreção e estruturas relacionadas, incluindo a coroa.

"A polarização dos raios X fornece uma nova forma de examinar a geometria da acreção dos buracos negros", disse Saade. "Se a geometria da acreção dos buracos negros for semelhante independentemente da massa, esperamos que o mesmo aconteça com as suas propriedades da polarização".

O IXPE demonstrou, entre todos os buracos negros para os quais as propriedades coronais puderam ser medidas diretamente através da polarização, que a coroa foi estendida na mesma direção que o disco de acreção - fornecendo, pela primeira vez, pistas sobre a forma da coroa e evidências claras da sua relação com o disco de acreção. Os resultados excluem a possibilidade de a coroa ter a forma de um poste de luz a pairar sobre o disco.

A equipa de investigação estudou os dados das observações de 12 buracos negros pelo IXPE, entre os quais Cygnus X-1 e Cygnus X-3, sistemas binários com buracos negros de massa estelar a cerca de 7000 e 37.000 anos-luz da Terra, respetivamente, e LMC X-1 e LMC X-3, buracos negros de massa estelar na Grande Nuvem de Magalhães, a mais de 165.000 anos-luz de distância. O IXPE também observou vários buracos negros supermassivos, incluindo o que se encontra no centro da Galáxia do Compasso, a 13 milhões de anos-luz da Terra, e os que se encontram nas galáxias Messier 77 e NGC 4151, a 47 milhões de anos-luz e quase 62 milhões de anos-luz, respetivamente.

Os buracos negros de massa estelar têm normalmente uma massa cerca de 10 a 30 vezes superior à do Sol, enquanto os buracos negros supermassivos podem ter uma massa milhões a dezenas de milhares de milhões de vezes superior. Apesar destas grandes diferenças de escala, os dados do IXPE sugerem que ambos os tipos de buracos negros criam discos de acreção com geometria semelhante.

Isso é surpreendente, disse o astrofísico Philip Kaaret, investigador principal da missão IXPE, porque a forma como os dois tipos são alimentados é completamente diferente.

"Os buracos negros de massa estelar retiram massa das estrelas que os acompanham, enquanto os buracos negros supermassivos devoram tudo à sua volta", disse. "No entanto, o mecanismo de acreção funciona da mesma forma".

É uma perspetiva excitante, disse Saade, porque sugere que os estudos de buracos negros de massa estelar - tipicamente muito mais próximos da Terra do que os seus primos muito mais massivos - podem ajudar a lançar nova luz sobre as propriedades dos buracos negros supermassivos.

A equipa espera fazer análises adicionais de ambos os tipos.

Saade antecipa que há muito mais a recolher dos estudos destes gigantes em raios X. "O IXPE proporcionou a primeira oportunidade, desde há muito tempo, para a astronomia de raios X revelar os processos subjacentes à acreção e fazer novas descobertas sobre os buracos negros", disse.

Os resultados completos estão disponíveis na última edição da revista The Astrophysical Journal.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

 


Quer saber mais?

Buracos negros:
Wikipedia
Buraco negro de massa estelar (Wikipedia)
Buraco negro de massa intermédia (Wikipedia)
Buraco negro supermassivo (Wikipedia)
Coroa (NASA)

Cygnus X-1:
Wikipedia
SIMBAD

Cygnus X-3:
Wikipedia
SIMBAD

LMC X-1:
Wikipedia
SIMBAD

LMC X-3:
SIMBAD

Galáxia do Compasso:
Wikipedia

Messier 77:
Wikipedia
SEDS

NGC 4151:
Wikipedia

IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer):
NASA
Wikipedia

 
   
 
 
 
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