Os astrônomos pegaram um buraco negro lançando material quente no espaço próximo à velocidade da luz. Este surto foi capturado em um novo filme do Observatório de Raios-X Chandra da NASA.
O buraco negro e sua estrela companheira compõem um sistema chamado MAXI J1820 + 070, localizado em nossa galáxia a cerca de 10.000 anos-luz da Terra. O buraco negro no MAXI J1820 + 070 tem uma massa cerca de oito vezes a do sol, identificando-o como o chamado buraco negro de massa estelar, formado pela destruição de uma estrela massiva. (Isso contrasta com os buracos negros supermassivos que contêm milhões ou bilhões de vezes a massa do sol.)
A estrela companheira que orbita o buraco negro tem cerca de metade da massa do sol. A forte gravidade do buraco negro afasta o material da estrela companheira para um disco emissor de raios-X ao redor do buraco negro.
Enquanto parte do gás quente no disco cruza o “horizonte de eventos” (o ponto sem retorno) e cai no buraco negro, parte dele é expelida do buraco negro em um par de raios curtos, ou jatos. Esses jatos são apontados em direções opostas, lançados de fora do horizonte de eventos ao longo das linhas do campo magnético. As novas imagens do comportamento desse buraco negro são baseadas em quatro observações obtidas com Chandra em novembro de 2018 e fevereiro, maio e junho de 2019, e relatadas em um artigo liderado por Mathilde Espinasse, da Université de Paris.
Um tour por uma explosão de um buraco negro capturado em vídeo. Crédito: NASA / CXC / A. Hobart
O painel principal do gráfico é uma grande imagem óptica e infravermelha da Via Láctea do telescópio óptico PanSTARRS no Havaí, com a localização do MAXI J1820 + 070 acima do plano da galáxia marcado por uma cruz. A imagem mostra um filme que percorre as quatro observações Chandra, em que o “dia 0” corresponde à primeira observação em 13 de novembro de 2018, cerca de quatro meses após o lançamento do jato. MAXI J1820 + 070 é a fonte de raios-X brilhante no meio da imagem e as fontes de raios-X podem ser vistas se afastando do buraco negro em jatos para o norte e sul. O MAXI J1820 + 070 é uma fonte pontual de raios-X, embora pareça ser maior que uma fonte pontual porque é muito mais brilhante que as fontes de jato. O jato do sul é muito fraco para ser detectado nas observações de maio e junho de 2019.
Quão rápido os jatos de material estão se afastando do buraco negro? Da perspectiva da Terra, parece que o jato do norte está se movendo a 60% da velocidade da luz, enquanto o sul está viajando a 160% da velocidade da luz que parece impossível!
Este é um exemplo de movimento superluminal, um fenômeno que ocorre quando algo viaja em nossa direção perto da velocidade da luz, ao longo de uma direção próxima à nossa linha de visão. Isso significa que o objeto viaja quase tão rapidamente em nossa direção quanto a luz que gera, dando a ilusão de que o movimento do jato é mais rápido que a velocidade da luz. No caso do MAXI J1820 + 070, o jato do sul está apontando em nossa direção e o jato do norte está apontando para longe de nós; portanto, o jato do sul parece estar se movendo mais rápido que o norte. A velocidade real das partículas nos dois jatos é superior a 80% da velocidade da luz.
Apenas dois outros exemplos dessas expulsões em alta velocidade foram vistos em raios-X de buracos negros de massa estelar.
O MAXI J1820 + 070 também foi observado em comprimentos de onda de rádio por uma equipe liderada por Joe Bright, da Universidade de Oxford, que havia relatado anteriormente a detecção de movimentos superluminais de fontes compactas baseadas apenas em dados de rádio que se estendiam desde o lançamento dos jatos em julho. 7, 2018 até o final de 2018.
Como as observações do Chandra dobraram aproximadamente o tempo em que os jatos foram seguidos, uma análise combinada dos dados de rádio e os novos dados do Chandra por Espinasse e sua equipe forneceram mais informações sobre os jatos. Isso inclui evidências de que os jatos estão desacelerando à medida que se afastam do buraco negro.
A maior parte da energia nos jatos não é convertida em radiação, mas é liberada quando as partículas nos jatos interagem com o material circundante. Essas interações podem ser a causa da desaceleração dos jatos. Quando os jatos colidem com o material circundante no espaço interestelar, ocorrem ondas de choque – semelhantes às explosões sônicas causadas por aeronaves supersônicas. Esse processo gera energias de partículas que são maiores que as do Large Hadron Collider.
Os pesquisadores estimam que cerca de 400 milhões de bilhões de libras de material foram levados pelo buraco negro nesses dois jatos lançados em julho de 2018. Essa quantidade de massa é comparável à que poderia ser acumulada no disco ao redor do buraco negro no espaço de um jato. poucas horas e equivale a cerca de mil cometas de Halley ou cerca de 500 milhões de vezes a massa do Empire State Building.
Estudos do MAXI J1820 + 070 e sistemas similares prometem nos ensinar mais sobre os jatos produzidos por buracos negros de massa estelar e como eles liberam sua energia quando interagem com o ambiente.
As observações de rádio conduzidas com o Very Large Array Karl G. Jansky e o MeerKAT também foram usadas para estudar os jatos MAXI J1820 + 070.
Um artigo descrevendo esses resultados foi publicado na última edição do The Astrophysical Journal Letters
Publicado em 31/05/2020 18h14
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