Os pesquisadores descobriram recentemente que os jatos dos buracos negros emitem raios-X, e como os jatos aceleram as partículas para esse estado de alta energia ainda é um mistério. Novas descobertas surpreendentes na Nature Astronomy parecem descartar uma teoria importante, abrindo a porta para reimaginar como a aceleração de partículas funciona nos jatos – e possivelmente também em outras partes do universo.
Um dos principais modelos de como os jatos geram raios-X espera que as emissões de raios-X dos jatos permaneçam estáveis em escalas de tempo longas (milhões de anos). No entanto, o novo artigo descobriu que as emissões de raios-X de um número estatisticamente significativo de jatos variaram em apenas alguns anos.
“Uma das razões pelas quais estamos entusiasmados com a variabilidade é que existem dois modelos principais de como os raios X são produzidos nesses jatos, e eles são completamente diferentes”, explica a principal autora Eileen Meyer, astrônoma da Universidade de Maryland. , Condado de Baltimore. “Um modelo invoca elétrons de energia muito baixa e outro tem elétrons de energia muito alta. E um desses modelos é completamente incompatível com qualquer tipo de variabilidade.”
Para o estudo, os autores analisaram dados de arquivo do Chandra X-ray Observatory, o observatório de raios-X de maior resolução disponível. A equipe de pesquisa analisou quase todos os jatos de buracos negros para os quais o Chandra fez várias observações, que totalizaram 155 regiões únicas em 53 jatos.
Descobrir uma variabilidade relativamente frequente em escalas de tempo tão curtas “é revolucionário no contexto desses jatos, porque isso não era esperado”, diz Meyer.
Repensando a aceleração de partículas
Além de assumir estabilidade nas emissões de raios-X ao longo do tempo, a teoria mais simples de como os jatos geram raios-X assume que a aceleração de partículas ocorre no centro da galáxia no “motor” do buraco negro que impulsiona o jato. No entanto, o novo estudo encontrou mudanças rápidas nas emissões de raios-X ao longo de toda a extensão dos jatos. Isso sugere que a aceleração das partículas está ocorrendo ao longo do jato, a grandes distâncias da origem do jato no buraco negro.
“Existem teorias sobre como isso poderia funcionar, mas muito do que temos trabalhado agora é claramente incompatível com nossas observações”, diz Meyer.
Curiosamente, os resultados também sugeriram que os jatos mais próximos da Terra tinham mais variabilidade do que aqueles muito mais distantes. Estes últimos estão tão distantes que, quando a luz deles chega ao telescópio, é como olhar para trás no tempo. Faz sentido para Meyer que jatos mais antigos tenham menos variabilidade. No início da história do universo, o universo era menor e a radiação ambiente era maior, o que os pesquisadores acreditam que poderia levar a uma maior estabilidade dos raios-X nos jatos.
Colaboração crítica
Apesar da excelente resolução de imagem do Chandra, o conjunto de dados apresentou desafios significativos. Chandra observou alguns dos bolsões de variabilidade com apenas um punhado de fótons de raios-X. E a variabilidade na produção de raios X em um determinado jato era tipicamente dezenas de por cento ou mais. Para evitar a contagem involuntária da aleatoriedade como variabilidade real, Meyer colaborou com estatísticos da Universidade de Toronto e do Imperial College de Londres.
“Retirar esse resultado dos dados foi quase como um milagre, porque as observações não foram projetadas para detectá-lo”, diz Meyer. A análise da equipe sugere que entre 30 e 100 por cento dos jatos no estudo mostraram variabilidade em escalas de tempo curtas. “Embora desejássemos melhores restrições”, diz ela, “a variabilidade notavelmente não é zero”.
As novas descobertas abrem lacunas significativas em uma das principais teorias para a produção de raios-X em jatos de buracos negros, e Meyer espera que o artigo estimule trabalhos futuros. “Espero que este seja um apelo real para os teóricos”, diz ela, “para basicamente dar uma olhada neste resultado e criar modelos de jato que sejam consistentes com o que estamos descobrindo”.
Publicado em 03/06/2023 18h02
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