Finalmente sabemos como os buracos negros produzem a luz mais brilhante do universo: ScienceAlert

Para algo que não emite luz que podemos reconhecer, buracos negros simplesmente adoram se envolver em glamour.

De fato, algumas das luzes mais brilhantes do universo vêm de buracos negros supermassivos. Bem, não são realmente os próprios buracos negros; é o material ao seu redor enquanto eles sugam ativamente grandes quantidades de matéria de seus arredores imediatos.

Entre os mais brilhantes desses turbilhões de matéria quente rodopiante estão as galáxias conhecidas como blazares. Eles não apenas brilham com o calor de um manto rodopiante, mas também canalizam o material em feixes “em chamas” que atravessam o cosmos, emitindo radiação eletromagnética com energias difíceis de entender.

Os cientistas finalmente descobriram o mecanismo que cria a luz incrivelmente de alta energia que chegou até nós bilhões de anos atrás: choques no buraco negrojatos que aumentam a velocidade das partículas para velocidades alucinantes.

“Este é um mistério de 40 anos que resolvemos”, diz o astrônomo Yannis Liodakis do Centro Finlandês de Astronomia com o ESO (FINCA). “Finalmente tínhamos todas as peças do quebra-cabeça e a imagem que eles pintaram ficou clara.”

A maioria das galáxias no universo é construída em torno de um buraco negro supermassivo. Esses objetos incrivelmente grandes ficam no centro galáctico e às vezes fazem muito pouco (como Sagitário A*o buraco negro no coração da Via Láctea) e às vezes ocupado.

Esta atividade consiste em acumular material. Uma enorme nuvem se reúne em um disco equatorial ao redor e orbita o buraco negro água em torno de um dreno. As interações friccionais e gravitacionais em jogo no espaço extremo em torno de um buraco negro fazem com que esse material aqueça e brilhe intensamente em uma variedade de comprimentos de onda. Esta é uma fonte de luz de buraco negro.

O outro – em jogo nos blazares – são dois jatos de material ejetados das regiões polares fora do buraco negro, perpendiculares ao disco. Acredita-se que esses jatos sejam material da borda interna do disco que, em vez de cair em direção ao buraco negro, é acelerado ao longo das linhas do campo magnético externo até os polos, onde é disparado a velocidades muito altas, próximas à velocidade da luz. .

Para que uma galáxia seja classificada como um blazar, esses jatos devem ser apontados quase diretamente para o observador. Isto somos nós, na terra. Graças à extrema aceleração das partículas, eles piscam com luz em todo o espectro eletromagnético, incluindo raios gama de alta energia e raios-X.

Exatamente como esse jato acelera as partículas a velocidades tão altas tem sido um grande ponto de interrogação cósmico por décadas. Mas agora, um novo e poderoso telescópio de raios-X chamado Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), lançado em dezembro de 2021, deu aos cientistas a chave para resolver o mistério. É o primeiro telescópio espacial a mostrar o alinhamento ou a polarização dos raios-X.

“As primeiras medidas de polarização de raios-X dessa classe de fontes permitiram pela primeira vez uma comparação direta com os modelos desenvolvidos a partir da observação de outras frequências de luz, do rádio aos raios gama de altíssima energia”, disse. diz a astrônoma Immacolata Donnarumma Agência Espacial Italiana.

O IXPE foi voltado para o objeto energético mais brilhante em nosso céu, um blazar chamado Markarian 501, localizado a 460 milhões de anos-luz de distância na constelação de Hércules. Durante um total de seis dias em março de 2022, o telescópio coletou dados sobre a luz de raios-X emitida pelo jato blazar.

Uma ilustração mostrando IXPE observando Markarian 501, com a luz perdendo energia à medida que se afasta da frente de choque. (Pablo Garcia/NASA/MSFC)

Ao mesmo tempo, outros observatórios mediram a luz de outras faixas de comprimento de onda, do rádio ao óptico, que anteriormente eram os únicos dados disponíveis para o Markarian 501.

A equipe logo notou uma estranha diferença na luz de raios-X. Sua orientação foi significativamente mais torcida ou polarizada do que os comprimentos de onda de energia mais baixa. E a luz óptica era mais polarizada que as frequências de rádio.

No entanto, a direção da polarização foi a mesma para todos os comprimentos de onda e alinhada com a direção do feixe. A equipe descobriu que isso é consistente com modelos em que choques nos jatos criam ondas de choque que causam aceleração adicional ao longo do comprimento do jato. Essa aceleração é maior próximo ao choque e gera raios-X. Mais adiante no jato, as partículas perdem energia e produzem emissões ópticas e depois de rádio com menor energia e polarização.

“À medida que a onda de choque atravessa a região, o campo magnético aumenta e a energia das partículas aumenta”, disse. diz o astrônomo Alan Marscher da Universidade de Boston. “A energia vem da energia cinética do material que cria a onda de choque.”

Não está claro o que causa os solavancos, mas um mecanismo possível é o material mais rápido no jato alcançando os pedaços mais lentos, causando colisões. Pesquisas futuras podem ajudar a confirmar essa hipótese.

Como os blazares estão entre os aceleradores de partículas mais poderosos do universo e entre os melhores laboratórios para entender a física extrema, esta pesquisa representa uma peça bastante importante do quebra-cabeça.

Pesquisas futuras continuarão monitorando Markarian 501 e mapeando o IXPE para outros blazars para ver se uma polarização semelhante pode ser detectada.

A pesquisa foi publicada em astronomia natural.

By Gabriel Ana

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