"Ecos" revelam oito sistemas binários com buracos negros na Via Láctea

"Ecos" revelam oito sistemas binários com buracos negros na Via Láctea

Por Danielle Cassita | Editado por Rafael Rigues | 04 de Maio de 2022 às 14h00
Salvatore Orlando/Sketchfab

Oito sistemas binários com buracos negros na Via Láctea estão emitindo "ecos" em raios X; até então, somente dois sistemas do tipo eram conhecidos em nossa galáxia. A descoberta vem de um novo estudo liderado por astrônomos do Massachusetts Institute of Technology (MIT), que analisaram os tais ecos para reconstruir os arredores dos buracos negros.

Os buracos negros são objetos tão massivos e com gravidade tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar deles; por isso, são invisíveis para nós. Mas isso muda quando estão "se alimentando": ao arrancar gás e poeira de alguma estrela, por exemplo, os buracos negros brilham em raios X.

Estrutura de um buraco negro (Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech/AFP/Eventhorizontelescope.org)

Estes picos de luz e ecos são características de interesse de astrônomos do MIT, que estão procurando por elas em sistemas binários próximos com buracos negros. Nestes sistemas, há estrelas orbitando buracos negros — e, às vezes, elas acabam engolidas por eles. A ideia é usar os ecos destes sistemas para reconstruir os arredores dos buracos negros.

Para isso, a equipe está trabalhando com a “Reverberation Machine”, uma ferramenta que permite analisar dados de satélites em busca de sinais de buracos negros. Até o momento, eles encontraram ecos de oito sistemas binários em nossa galáxia, sendo que, antes, somente dois sistemas eram conhecidos. Ao comparar tais ecos, a equipe conseguiu reconstruir uma imagem geral da evolução dos buracos negros.

Eles notaram que, em todos os sistemas, os buracos negros passam primeiro por um estado “rígido”, em que uma coroa de fótons altamente energéticos é formada ao redor do disco de acreção, junto de jatos relativísticos. Depois, chega um ponto em que o objeto emite um último flash bastante energético, e em seguida, vai para um estado mais tranquilo, com menos energia — é possível que esta emissão final seja um sinal de expansão da coroa, ocorrida antes dela desaparecer após sua ejeção final de partículas.

Os ecos dos buracos negros

Para mapear os arredores dos buracos negros, os autores trabalharam com ecos de raios X, que representam o “atraso” entre a emissão de luz diretamente da coroa do buraco negro e a emissão da coroa refletida pelo disco de acreção, formado por gás e poeira sendo engolidos pelo objeto. Assim, a luz da coroa recebida por telescópios pode ser comparada com aquela dos ecos dos raios X, rendendo estimativas da distância entre a coroa e o disco de acreção.

Eles trabalharam com dados coletados pelo Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), um telescópio de raios X de alta resolução a bordo da Estação Espacial Internacional. Com o algoritmo, a equipe selecionou 26 sistemas binários com buracos negros que emitem raios X; destes, 10 sistemas eram próximos e brilhantes o suficiente para diferenciar os raios X dos ecos e emissões. No fim, a equipe percebeu que oito dos dez tinham ecos desconhecidos.

Ao analisar os dados, eles examinaram as mudanças nos ecos de raios X ocorridas a cada emissão dos buracos negros, e notaram uma evolução comum em todos os sistemas: quando a coroa e os jatos relativísticos dominam a energia do buraco negro, há atrasos de alguns milissegundos; depois, conforme a coroa e os jatos desaparecem, o buraco negro “se acalma” e fica dominado por raios X menos energéticos, vindos do disco de acreção.

A equipe notou que, durante esta transição, a distância entre a coroa e o disco parece aumentar, e talvez isso ocorra devido a uma breve expansão da coroa. De qualquer forma, o estudo das emissões poderá ajudar a responder perguntas importantes sobre o papel dos buracos negros na evolução das galáxias. “Ao entender as emissões nestes sistemas pequenos e próximos, podemos entender como emissões similares em buracos negros supermassivos nas galáxias ocorrem”, disse Erin Kara, coautora do estudo.

O artigo com os resultados do estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: The Astrophysical Journal; Via: MIT

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