Nosso trabalho de pesquisa revelou, pela primeira vez, a natureza dos buracos negros supermassivos menos massivos nos centros de galáxias próximas. Usamos dados de raios-X de alta qualidade do observatório XMM-Newton da Agência Espacial Européia para estudar de perto os comportamentos temporais e espectrais de uma amostra de núcleos galácticos ativos que hospedam os menores buracos negros supermassivos no centro.
Um núcleo galáctico ativo (AGN) é a região mais luminosa e compacta no centro de uma galáxia, e a galáxia que hospeda um AGN é conhecida como a galáxia ativa. Nosso universo é o lar de inúmeros objetos misteriosos. Buracos negros supermassivos, situados no centro de galáxias ativas, são exemplos de tais objetos exóticos e podem ter massas de cerca de 105 a 1010 vezes a massa do sol. No entanto, a maior parte do nosso conhecimento sobre os processos físicos que ocorrem no motor central do AGN é limitado a galáxias ativas que hospedam buracos negros supermassivos de massa superior a 106 vezes a do Sol, e sabemos muito pouco sobre a extremidade de baixa massa dos AGNs. onde a massa do buraco negro supermassivo central é de 105 a 106 vezes a massa solar. Os AGNs menos massivos podem fornecer novos insights sobre como os buracos negros supermassivos crescem no centro das galáxias e são cruciais para restringir os modelos cosmológicos de crescimento de buracos negros.
Como os AGNs são mais bem estudados na banda de ondas de raios-X, começamos a procurar os AGNs menos massivos nos arquivos de raios-X, que revelaram 29 objetos no campo de visão do XMM-Newton. Alguns desses objetos nem sequer têm observações de raios-X pontiagudas. Nenhum estudo científico antes de nossas investigações revelou propriedades físicas detalhadas da amostra AGN menos massiva, mesmo com os outros telescópios de raios-X ao redor do mundo, como Chandra, Suzaku, NuSTAR, etc. os atuais telescópios de raios-X ou a escassez de pequenos buracos negros supermassivos em nosso universo local.
Realizamos uma investigação aprofundada das 13 fontes selecionadas com dados XMM-Newton de alta relação sinal-ruído. A Figura 1 mostra as imagens ópticas das 13 galáxias selecionadas observadas pelo Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS). Primeiro medimos os atrasos de tempo entre fótons de raios-X moles e duros e mapeamos a geometria da região emissora de raios-X, conhecida como corona, localizada perto do buraco negro central. Nossas descobertas sugerem que o tamanho da coroa emissora de raios-X não depende necessariamente da massa do buraco negro. Em vez disso, o tamanho coronal depende da rotação do buraco negro – outro parâmetro fundamental que caracteriza um buraco negro. Inferimos que a coroa mais compacta pode ser encontrada apenas em torno dos buracos negros de rotação mais rápida.
A variação da contagem de fótons de raios-X em função da energia revelou um excesso de emissão na banda de raios-X de baixa energia abaixo de 1,5 quilo elétron-volts para cada AGN de baixa massa, semelhante ao que costumamos observar em AGNs de alta massa. Recentemente, desenvolvemos um novo modelo para explicar esse excesso de emissão, que revelou uma atmosfera iluminada incrivelmente densa (1018 por centímetros cúbicos) ao redor do buraco negro. Esperamos que os AGNs menos massivos tenham um ambiente mais denso do que seus equivalentes de maior massa, de acordo com uma teoria prevista há quase 50 anos. Observamos uma queda na rotação dos buracos negros em regimes de baixa massa (veja a Figura 2), o que nos diz que a colisão ou fusão de pares de buracos negros de massa intermediária poderia formar os pequenos buracos negros supermassivos. No entanto, teremos que esperar pelo futuro detector de ondas gravitacionais LISA da ESA para confirmar este cenário.
Publicado em 05/05/2022 08h58
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