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IXPE AJUDA A RESOLVER O MISTÉRIO DOS JATOS DOS BURACOS NEGROS
29 de novembro de 2022

 


Esta ilustração mostra a nave espacial IXPE da NASA, à direita, observando o blazar Markarian 501, à esquerda. Um blazar é um buraco negro rodeado por um disco de gás e poeira com um jato brilhante de partículas altamente energéticas apontado para a Terra. A ilustração da inserção mostra partículas altamente energéticas no jato (azul). Quando as partículas atingem a onda de choque, ilustrada como uma barra branca, as partículas tornam-se energizadas e emitem raios-X à medida que aceleram. Ao afastarem-se do choque, emitem luz de baixa energia: primeiro visível, depois infravermelha, e ondas de rádio. Mais longe do choque, as linhas do campo magnético são mais caóticas, causando mais turbulência no fluxo de partículas (ver versão não legendada).
Crédito: NASA/Pablo Garcia

 

Os blazares são alguns dos objetos mais brilhantes do céu. São constituídos por um buraco negro supermassivo que se alimenta de material que gira à sua volta num disco, o que pode criar dois poderosos jatos perpendiculares de cada lado do disco. Os blazares são especialmente brilhantes porque um dos seus poderosos jatos de partículas altamente velozes aponta diretamente para a Terra. Durante décadas, os cientistas têm perguntado: como é que as partículas nestes jatos são aceleradas a energias tão elevadas?

O IXPE (Imaging X-Ray Polarimetry Explorer) da NASA ajudou os astrónomos a ficarem mais perto de uma resposta. Num novo estudo publicado na revista Nature, da autoria de uma grande colaboração internacional, os astrónomos consideram que a melhor explicação para a aceleração das partículas é uma onda de choque dentro do jato.

"Este é um mistério com 40 anos que finalmente conseguimos resolver", disse Yannis Liodakis, autor principal do estudo e astrónomo do FINCA (Finnish Centre for Astronomy) para o ESO. "Finalmente, tínhamos todas as peças do puzzle e a imagem que nos proporcionaram foi clara".

Lançado a 9 de dezembro de 2021, o satélite IXPE, em órbita da Terra, uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, fornece um tipo especial de dados que nunca tinha sido antes acessível a partir do espaço. Estes novos dados incluem a medição da polarização dos raios-X, o que significa que o IXPE deteta a direção e intensidade médias do campo elétrico das ondas de luz que compõem os raios-X. A informação sobre a orientação do campo elétrico dos raios-X, e a extensão da polarização, não é acessível aos telescópios na Terra porque a atmosfera absorve os raios-X oriundos do espaço.

"As primeiras medições da polarização dos raios-X desta classe de fontes permitiram, pela primeira vez, uma comparação direta com os modelos desenvolvidos a partir da observação de outras frequências da luz, desde o rádio até aos raios-gama altamente energéticos", disse Immacolata Donnarumma, cientista do projeto IXPE na Agência Espacial Italiana. "O IXPE vai continuar a fornecer novas evidências à medida que os dados atuais forem sendo analisados e dados adicionais forem sendo adquiridos no futuro".

O novo estudo usou o IXPE para apontar para Markarian 501, um blazar na direção da constelação de Hércules. Este sistema com buraco negro ativo situa-se no centro de uma grande galáxia elíptica.

O IXPE observou Markarian 501 durante três dias no início de março de 2022, e novamente duas semanas depois. Durante estas observações, os astrónomos utilizaram outros telescópios no espaço e no solo para recolher informações sobre o blazar numa vasta gama de comprimentos de onda, incluindo rádio, visível e raios-X. Embora outros estudos já tenham analisado, no passado, a polarização da luz de baixa energia dos blazares, esta foi a primeira vez que os cientistas conseguiram obter esta perspetiva dos raios-X de um blazar, que são emitidos mais perto da fonte de aceleração das partículas.

"O acrescentar da polarização dos raios-X ao nosso arsenal da polarização do rádio, infravermelho e visível, muda o jogo", disse Alan Marscher, astrónomo da Universidade de Boston que lidera o grupo que estuda buracos negros gigantes com o IXPE.

Os cientistas descobriram que a luz de raios-X é mais polarizada do que a ótica, que é mais polarizada do que o rádio. Mas a direção da luz polarizada era a mesma para todos os comprimentos de onda observados e estava também alinhada com a direção do jato.

Após comparar a sua informação com modelos teóricos, a equipa de astrónomos percebeu que os dados coincidiam mais com um cenário em que uma onda de choque acelera as partículas do jato. Uma onda de choque é gerada quando algo se move mais depressa do que a velocidade do som do material circundante, tal como quando um jato supersónico passa na atmosfera da nossa Terra.

O estudo não foi concebido para investigar as origens das ondas de choque, que ainda são misteriosas. Mas os cientistas teorizam que uma perturbação no fluxo do jato faz com que uma secção do mesmo se torne supersónica. Isto poderia ser o resultado de colisões de partículas altamente energéticas dentro do jato, ou de mudanças abruptas de pressão no limite do jato.

"À medida que a onda de choque atravessa a região, o campo magnético fica mais forte e a energia das partículas fica mais elevada", disse Marscher. "A energia vem do movimento do material que produz a onda de choque".

À medida que as partículas viajam para fora, emitem primeiro raios-X porque são extremamente energéticas. Movendo-se mais para fora, através da turbulenta região mais distante do local do choque, começam a perder energia, o que as faz emitir radiação menos energética como ondas óticas e depois ondas de rádio. Isto é análogo a como o fluxo de água se torna mais turbulento depois de encontrar uma queda de água - mas aqui, os campos magnéticos criam esta turbulência.

Os cientistas vão continuar a observar o blazar Markarian 501 para ver se a polarização muda com o tempo. O IXPE vai também investigar uma coleção mais vasta de blazares durante a sua missão principal de dois anos, explorando mistérios mais antigos do Universo. "Faz parte do progresso da humanidade no sentido de compreender a natureza e todo o seu exotismo", disse Marscher.

 

 

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Turku (comunicado de imprensa)
// Colégio Imperial de Londres (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

Markarian 501:
Wikipedia

Blazar:
Wikipedia

IXPE:
NASA
Wikipedia

 
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