As estruturas ocultas de buracos negros e supernovas

Esta é uma impressão artística da região ativa central (núcleo galáctico ativo, AGN) da galáxia NGC 4151, contendo um buraco negro supermassivo. A região azul no meio representa o disco de acreção mais próximo do buraco negro, expelindo material. Mais adiante, há uma região tumultuada que os astrônomos chamam de

doi.org/10.48550/arXiv.2408.14300
Credibilidade: 888
#Supernova 

O telescópio espacial XRISM revelou a estrutura, movimento e temperatura do material ao redor de um buraco negro supermassivo e de um remanescente de supernova com detalhes nunca vistos.

O telescópio XRISM iluminou a dinâmica complexa de fenômenos celestiais, como supernovas e buracos negros, ao expor a temperatura, a velocidade e as estruturas tridimensionais dos materiais que os cercam. Entre as observações, destacam-se o remanescente de supernova N132D, na Grande Nuvem de Magalhães, e um buraco negro supermassivo na galáxia NGC 4151, oferecendo detalhes sem precedentes sobre seus movimentos internos e estruturas.

Fenômenos celestiais e as primeiras descobertas do XRISM:

O que um buraco negro gigante e os restos de uma estrela massiva que explodiu têm em comum? Ambos são fenômenos celestes dramáticos onde gases extremamente quentes produzem luz de raios X de alta energia, que a missão de Imagem e Espectroscopia de Raios X (XRISM) pode detectar.

Nos primeiros resultados publicados, o XRISM, uma missão liderada pela Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA), com participação da Agência Espacial Europeia (ESA), mostrou suas capacidades únicas de revelar a velocidade e temperatura de gases superquentes, chamados plasma, e as estruturas tridimensionais de materiais ao redor de buracos negros e estrelas explodidas.

Segundo Matteo Guainazzi, cientista do projeto XRISM da ESA, “essas novas observações fornecem informações cruciais para entender como buracos negros crescem ao capturar matéria ao redor, e oferecem novos insights sobre a vida e a morte de estrelas massivas. Elas destacam a capacidade excepcional da missão em explorar o universo de alta energia.”

Descobertas sobre o remanescente da supernova N132D

Em uma das suas primeiras observações, o XRISM focou no remanescente de supernova N132D, localizado na Grande Nuvem de Magalhães, a cerca de 160.000 anos-luz da Terra. Essa “bolha” interestelar de gás quente foi expulsa pela explosão de uma estrela massiva há aproximadamente 3.000 anos.

Utilizando seu instrumento Resolve, o XRISM revelou a estrutura ao redor de N132D em detalhe. Ao contrário do que se pensava anteriormente, de que era uma simples concha esférica, os cientistas descobriram que o remanescente tem uma forma de anel. Usando o efeito Doppler, eles mediram a velocidade do plasma quente no remanescente, que está se expandindo a cerca de 1.200 km/s.

O instrumento Resolve também revelou que o remanescente contém ferro com uma temperatura extraordinária de 10 bilhões de graus Kelvin. Esses átomos de ferro foram aquecidos durante a explosão da supernova por ondas de choque violentas, algo previsto por teorias, mas nunca observado antes.

Os remanescentes de supernovas, como N132D, oferecem pistas importantes sobre como as estrelas evoluem e como elementos pesados, essenciais para a vida, como o ferro, são gerados e espalhados no espaço interestelar. No entanto, observatórios anteriores de raios X sempre tiveram dificuldades em revelar como a velocidade e temperatura do plasma eram distribuídas.

No topo da imagem, o remanescente da supernova é mostrado em luz de raios X. O círculo amarelo representa a área onde o instrumento Resolve do XRISM mediu ferro extremamente quente (10 bilhões de graus Kelvin). A linha rosa mostra a borda do remanescente, onde a onda de choque interage com o meio interestelar, e o gás quente (plasma) é mais frio (cerca de 10 milhões de graus Kelvin). O espectro mostra muitos elementos químicos que estão presentes no N132D. O XRISM pode identificar cada elemento medindo a energia do fóton de raios X específico para diferentes átomos. O rótulo

Desvendando os segredos de um buraco negro supermassivo

O XRISM também trouxe novas informações sobre a estrutura misteriosa ao redor de um buraco negro supermassivo. Observando a galáxia espiral NGC 4151, localizada a 62 milhões de anos-luz de distância, o telescópio ofereceu uma visão inédita do material muito próximo do buraco negro central, que tem uma massa 30 milhões de vezes maior que a do Sol.

O XRISM capturou a distribuição da matéria ao redor do buraco negro, desde uma distância comparável à separação entre o Sol e Urano até 100 vezes essa distância.

Ao determinar os movimentos dos átomos de ferro através de sua assinatura de raios X, os cientistas mapearam uma sequência de estruturas ao redor do buraco negro: desde o disco que alimenta o buraco negro até o toro em forma de anel ao seu redor.

Essas descobertas são essenciais para entender como os buracos negros crescem ao devorar a matéria ao redor.

Embora observações de rádio e infravermelho já tenham revelado a presença de toros em forma de anel ao redor de buracos negros em outras galáxias, a técnica espectroscópica do XRISM é a primeira e única maneira de rastrear como o gás próximo ao “monstro” central se move e é moldado.

O telescópio de raios X XRISM da JAXA capturou a distribuição de matéria caindo no buraco negro supermassivo na galáxia NGC 4151 em um raio amplo, abrangendo de 0,001 a 0,1 anos-luz. Ao determinar a velocidade dos átomos de ferro a partir de sua assinatura de raios X, os cientistas mapearam uma sequência de estruturas ao redor do

Perspectivas futuras

Nos últimos meses, a equipe científica do XRISM tem trabalhado para ajustar o desempenho dos instrumentos e refinar os métodos de análise de dados, observando 60 alvos principais. Paralelamente, foram selecionados 104 novos conjuntos de observações, a partir de mais de 300 propostas enviadas por cientistas ao redor do mundo.

O XRISM conduzirá observações baseadas nessas propostas ao longo do próximo ano, e com seu desempenho excepcional em órbita, promete muitas descobertas emocionantes no futuro.

O XRISM estudará o Universo em luz de raios X com uma combinação sem precedentes de poder de coleta de luz e resolução de energia – a capacidade de distinguir raios X de diferentes energias. A missão fornecerá uma imagem da dinâmica em aglomerados de galáxias, a composição química do Universo e o fluxo de matéria ao redor de buracos negros supermassivos em acreção (Núcleos Galácticos Ativos ou AGN), entre muitos outros tópicos. Crédito: ESA

Sobre o XRISM

Lançado em 7 de setembro de 2023, o XRISM é uma colaboração entre a JAXA e a NASA, com significativa participação da ESA. Em troca de fornecer hardware e conselhos científicos, a ESA tem direito a 8% do tempo de observação disponível.

As observações feitas pelo XRISM complementam as do telescópio de raios X XMM-Newton da ESA e serão uma base excelente para as observações planejadas com a futura missão de grande porte da ESA, NewAthena.”

Publicado em 27/09/2024 10h46

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