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Variação de temperatura de ventos de buraco negro mesurada pela primeira vez

Buracos negros supermassivos podem ser vorazes, devorando gás, poeira, e outros materiais atraídos por sua gravidade. Essa intensa alimentação pode se tornar uma bagunça: os discos de matéria em volta de buracos negros podem ejetar rápidos feixes de gás quente, ou “ventos”, que espalham-se através de suas galáxias hospedeiras. Esses ventos, de acordo com novas medições de um buraco negro supermassivo obtidas com o telescópio espacial Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) da NASA, podem aquecer e esfriar dentro de intervalos de apenas algumas horas.

Expressão artística ilustrando um buraco negro supermassivo com emissões de raios-X a partir de seu disco interno (rosa) e rápidos feixes de ventos emitidos a partir de seu disco externo (roxo). Créditos: ESA


Os achados, feitos com o telescópio espacial NuSTAR e o telescópio espacial XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA), apareceram num paper de uma edição de 2 de Março no Nature.
“Nós sabemos que buracos negros supermassivos afetam o ambiente de suas galáxias hospedeiras, e poderosos ventos expelidos a partir de suas proximidades podem ser uma maneira com que eles fazem isso.” disse a diretora investigadora Fiona Harrison, o professor de física Benjamin M. Rosen e a cadeira de liderança de Caltech da Kent e Joyce Kresa da Divisão de Física, Matemática e Astronomia. “A rápida variedade, observada pela primeira vez, está fornecendo conclusões sobre como esses ventos se formam e quanta energia eles podem carregar para a galáxia”

Buracos negros supermassivos são orbitados por discos de gás e poeira, chamados de disco de acreção, pelo qual eles se alimentam a partir. Buracos negros jovens e enérgicos, tal qual o buraco negro supermassivo – localizado na galáxia 13224-3809 na constelação Centaurus – estudado pelo telescópio espacial NuSTAR, podem apenas se alimentar rapidamente até que seus discos de acreção comecem a emitir rápidos feixes de gás quente em todas as direções. Esses ventos, que viajam a um quarto da velocidade da luz e carregam uma enorme quantidade de matéria, podem perturbar formações estelares de sua galáxia hospedeira.

Para medir a temperatura desses ventos, a equipe estudou raios-X que vinham a partir da beira do buraco negro. A medida que eles viajam em direção à Terra, esses feixes de raios-X passam através dos ventos, e alguns comprimentos de onda do espectro de raio-X são absorvidos por diferentes elementos dos ventos, tais quais ferro e magnésio. Examinando esses buracos, ou “características de absorção” no espectro do raio-X a medida que ele chega na Terra, astrônomos podem aprender mais sobre os componentes do vento que vem do buraco negro.

Enquanto observava esse espectro, a equipe notou que as características de absorção estavam desaparecendo e reaparecendo dentro de um intervalo de algumas horas. A equipe concluiu que os raios-X estavam de fato aquecendo os ventos a temperaturas tão altas – milhões de Fahrenheit – que eles se tornavam incapazes de absorver mais raios-X. E então, depois de algumas horas os ventos esfriavam e a característica de absorção retornava, iniciando o ciclo novamente.

“Esta é a primeira vez que nós vemos a interação entre tais ventos e a radiação do disco de acreção,” disse Michael Parker, pós-doutorado da Universidade do Instituto Cambridge de Astronomia e principal autor do paper. “Um estudo mais aprofundado desta fonte provavelmente fornecerá amplas implicações para o nosso conhecimento de como esses ventos se formam, como são alimentados, onde estão localizados, quão densos eles são, e por quanto tempo eles duram – e tudo que irá adicionar para o nosso entendimento da interação entre buraco negros e suas galáxias.”

O paper está intitulado "The response of relativistic outflowing gas to the inner accretion disk of a black hole". Outros coautores de Caltech incluem o pós-doutorado Javier Garcia. O trabalho foi financiado pelo Concelho Europeu de Pesquisa, Sétimo Framework de Programa da União Europeia, Instalações de Ciência e Tecnologia do Concelho do Reino Unido, Agência Espacial Europeia, e NASA.

NuSTAR é uma pequena missão de exploração liderada por Caltech e gerenciada pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL) para a Diretoria de Missão Científica em Washington. JPL é gerenciado por Caltech para a NASA.

Fonte: Caltech

[Tradução, adaptação e adição: @jonathantorres19]

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