Buraco negro com um disco empenado. Crédito da foto: John Paice
Uma equipe internacional de astrofísicos da África do Sul, Grã-Bretanha, França e Estados Unidos encontrou enormes diferenças no brilho da luz vista de um dos buracos negros mais próximos de nossa galáxia, a 9.600 anos-luz da Terra, por meio de uma deformação gigante em seu disco de acreção.
Este objeto, MAXI J1820 + 070, entrou em erupção como um novo transiente de raios-X em março de 2018 e foi descoberto por um telescópio de raios-X japonês a bordo da Estação Espacial Internacional ISS. Esses transientes, sistemas que mostram explosões violentas, são estrelas binárias que consistem em uma estrela de baixa massa, semelhante ao nosso sol, e um objeto muito mais compacto, aquele anã branca, Estrêla de Neutróns, ou buraco negro. Nesse caso, MAXI J1820 + 070 contém um buraco negro que tem pelo menos 8 vezes a massa do nosso sol.
Os primeiros resultados foram publicados na revista especializada de alto nível internacional. Avisos mensais da Royal Astronomical Society, cujo autor principal Dr. Jessymol Thomas é Pós-doutorado no Observatório Astronômico da África do Sul (SAAO).
A descoberta apresentada na publicação foi feita a partir de uma extensa e detalhada curva de luz criada ao longo de quase um ano por dedicados amadores ao redor do mundo 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 de sua proximidade com a Terra e fora do nosso plano de escurecimento via Láctea Galáxia. Por ter ficado leve por muitos meses, foi possível ser seguido por tantos amadores.
O professor Phil Charles, pesquisador da Universidade de Southampton e membro da equipe de pesquisa, disse: “O material da estrela normal é atraído pelo objeto compacto para o disco de acreção circundante de gás espiral. Explosões massivas ocorrem quando o material no disco se torna quente e instável, se acumula no buraco negro e libera grandes quantidades de energia antes de cruzar o horizonte de eventos. Este processo é caótico e muito variável e varia em escalas de tempo de milissegundos a meses. “
A equipe de pesquisa criou uma visualização do sistema que mostra como uma enorme radiação de raios-X emerge muito perto do buraco negro e irradia a matéria circundante, em particular o disco de acreção, levando-o a uma temperatura de cerca de 10.000 K. aquecido, que é visto como a luz visível emitida. Portanto, à medida que a radiação de raios X diminui, o mesmo ocorre com a luz óptica.
Mas algo inesperado aconteceu quase 3 meses após o início do surto, quando a curva de luz óptica acionou uma modulação tremenda – um pouco como aumentar e diminuir um dimmer e quase dobrar o brilho no topo – em um período de cerca de 17 horas. No entanto, nada mudou na saída de raios-X; ele permaneceu constante. Embora pequenas modulações visíveis quase periódicas tenham sido observadas em outras explosões transitórias de raios-X no passado, nada dessa magnitude tinha sido visto antes.
O que causou esse comportamento extraordinário? “Com o ângulo de visão do sistema mostrado na imagem, pudemos descartar a explicação usual de que os raios X iluminam a superfície interna da estrela doadora porque a iluminação ocorreu no momento errado”, disse o Prof. Karl. Nem poderia ser porque a luz muda de onde a corrente de transferência de massa atinge o disco conforme a modulação se move gradualmente em relação à órbita.
Isso deixava apenas uma explicação possível, o enorme feixe de raios-X irradiou o disco, fazendo-o deformar, conforme mostrado na imagem. A distorção fornece um aumento tremendo na área do disco que pode ser iluminada, aumentando drasticamente a saída de luz visual quando vista no momento certo. Tal comportamento foi observado com raios-X com doadores mais massivos, mas nunca com um buraco negro transiente com um doador de baixa massa como este. Ele abre uma maneira completamente nova de estudar a estrutura e as propriedades dos discos de acreção empenados.
O Prof. Charles continuou, “Este objeto tem propriedades notáveis entre um grupo já interessante de objetos que têm muito a nos ensinar sobre os pontos finais da evolução estelar e a formação de objetos compactos. Já conhecemos algumas dezenas de sistemas duplos de buracos negros em nossa galáxia, todos com massas na faixa de 5 a 15 massas solares. Todos eles crescem através do acúmulo de matéria que testemunhamos de forma tão espetacular aqui. “
Um grande programa científico começou há cerca de 5 anos no Southern African Large Telescope (SALT) para estudar objetos transientes e fez uma série de observações importantes de estrelas binárias compactas, incluindo sistemas de buracos negros como MAXI J1820 + 070. Como Investigador Principal deste programa, o Prof. Buckley diz: “SALT é uma ferramenta perfeita para estudar a mudança de comportamento desses raios-X durante suas explosões, que pode monitorar e coordenar regularmente por períodos de semanas a meses com observações de outros telescópios , incluindo os baseados no espaço.
Referência: “Grandes modulações ópticas durante a erupção de MAXI J1820 + 070 em 2018 mostram o desenvolvimento de um disco de acreção deformado devido à mudança no estado de raios-X” por Jessymol K. Thomas, Philip A. Charles, David AH Buckley, Marissa M . Kotze, Jean-Pierre Lasota, Stephen B. Potter, James F. Steiner e John A. Paice, 26 de outubro de 2021, Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3033