Os buracos negros supermassivos no centro das galáxias são os objetos mais massivos do universo. Eles variam de cerca de 1 milhão a mais de 10 bilhões de vezes a massa do Sol. Alguns desses buracos negros também emitem jatos gigantescos e superaquecidos de plasma quase à velocidade da luz. A principal maneira pela qual os jatos descarregam essa poderosa energia de movimento é convertendo-a em raios gama de energia extremamente alta. No entanto, Ph.D. em física da UMBC O candidato Adam Leah Harvey diz: “Como exatamente essa radiação é criada é uma questão em aberto.”
O jato tem que descarregar sua energia em algum lugar, e trabalhos anteriores não combinam onde. Os principais candidatos são duas regiões feitas de gás e luz que circundam os buracos negros, chamadas de região de linha larga e toro molecular.
O jato de um buraco negro tem o potencial de converter luz visível e infravermelha em qualquer região em raios gama de alta energia, distribuindo parte de sua energia. A nova pesquisa de Harvey, financiada pela NASA, lança luz sobre essa controvérsia ao oferecer fortes evidências de que os jatos liberam energia principalmente no toro molecular, e não na região de linha larga. O estudo foi publicado na Nature Communications e coautor dos físicos Markos Georganopoulos e Eileen Meyer da UMBC.
Longe
A região da linha larga está mais próxima do centro de um buraco negro, a uma distância de cerca de 0,3 ano-luz. O toro molecular está muito mais distante – mais de 3 anos-luz. Embora todas essas distâncias pareçam enormes para um não astrônomo, o novo trabalho “nos diz que estamos obtendo dissipação de energia muito longe do buraco negro nas escalas relevantes”, explica Harvey.
“As implicações são extremamente importantes para nossa compreensão dos jatos lançados por buracos negros”, diz Harvey. A região que mais absorve a energia do jato oferece pistas de como os jatos se formam inicialmente, ganham velocidade e assumem o formato de colunas. Por exemplo, “Isso indica que o jato não está acelerado o suficiente em escalas menores para começar a dissipar energia”, diz Harvey.
Outros pesquisadores propuseram ideias contraditórias sobre a estrutura e o comportamento dos jatos. Por causa dos métodos confiáveis que Harvey usou em seu novo trabalho, no entanto, eles esperam que os resultados sejam amplamente aceitos na comunidade científica. “Os resultados basicamente ajudam a restringir essas possibilidades – esses modelos diferentes – de formação de jatos.”
Em bases sólidas
Para chegar às suas conclusões, Harvey aplicou uma técnica estatística padrão chamada “bootstrapping” a dados de 62 observações de jatos de buracos negros. “Muito do que veio antes deste artigo dependia muito do modelo. Outros artigos fizeram muitas suposições muito específicas, enquanto nosso método é extremamente geral”, explica Harvey. “Não há muito para minar a análise. São métodos bem conhecidos e apenas usando dados observacionais. Portanto, o resultado deve ser correto.”
Uma quantidade chamada fator semente foi central para a análise. O fator semente indica de onde vêm as ondas de luz que o jato converte em raios gama. Se a conversão acontecer no toro molecular, um fator semente é esperado. Se isso acontecer na região da linha larga, o fator de semente será diferente.
Georganopolous, professor associado de física e um dos conselheiros de Harvey, desenvolveu originalmente o conceito do fator semente, mas “a aplicação da ideia do fator semente teve que esperar por alguém com muita perseverança, e esse alguém foi Adam Leah”, diz Georganopolous.
Harvey calculou os fatores de semente para todas as 62 observações. Eles descobriram que os fatores de semente caíram em uma distribuição normal alinhada quase perfeitamente em torno do valor esperado para o toro molecular. Esse resultado sugere fortemente que a energia do jato está descarregando em ondas de luz no toro molecular, e não na região da linha larga.
Tangentes e pesquisas
Harvey compartilha que o apoio de seus mentores, Georganopoulos e Meyer, professor assistente de física, foi fundamental para o sucesso do projeto. “Acho que sem eles me deixarem sair por muitas tangentes e buscas sobre como fazer as coisas, isso nunca teria chegado ao nível que está”, diz Harvey. “Como eles me permitiram realmente mergulhar no assunto, fui capaz de extrair muito mais desse projeto.”
Harvey se identifica como um “astrônomo observacional”, mas acrescenta: “Na verdade, sou mais um cientista de dados e estatístico do que físico”. E as estatísticas têm sido a parte mais emocionante desse trabalho, dizem eles.
“Eu só acho muito legal que eu fui capaz de descobrir métodos para criar um estudo tão forte de um sistema tão estranho que está tão distante da minha própria realidade pessoal.” Harvey diz. “Vai ser divertido ver o que as pessoas farão com isso.”
Publicado em 18/12/2020 17h44
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