626: IXPE revela forma e orientação de matéria quente em torno de buraco negro

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra o sistema Cygnus X-1, localizado a mais de 6000 anos-luz da Terra. O buraco negro está no centro e a sua estrela companheira à esquerda. A imensa gravidade do buraco negro retira material da estrela, formando um disco chamado “disco de acreção” em torno do objecto exótico.
Crédito: John Paice

Cygnus X-1, descoberto em 1964, foi o primeiro objecto cósmico alguma vez identificado como contendo um buraco negro. Agora, telescópios da NASA juntaram-se para revelar novos detalhes sobre a configuração da matéria quente em torno deste famoso buraco negro.

Num novo estudo publicado na revista Science, os astrónomos que utilizam os dados da missão IXPE (Imaging X-Ray Polarimetry Explorer) da NASA descobriram que o fluxo de matéria em direcção ao disco do buraco negro encontra-se mais de lado do que se pensava anteriormente, o que significa que a orla do disco estará mais apontada em direcção à Terra do que se esperava.

O IXPE, uma colaboração internacional entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, possui a capacidade especial de olhar para a polarização dos raios-X.

A polarização é uma propriedade da luz que nos diz mais sobre os campos eléctricos e magnéticos interligados que compõem todos os comprimentos de onda da luz.

A orientação e organização destes campos dá aos cientistas informações valiosas sobre objectos extremos como Cygnus X-1, tais como a forma como as partículas são aceleradas à sua volta.

Uma das fontes de raios-X mais brilhantes da nossa Galáxia, Cygnus X-1 contém um buraco negro com 21 vezes a massa do Sol. O buraco negro está em órbita com uma estrela companheira que tem o equivalente em massa a 41 sóis.

A matéria é aquecida a milhões de graus à medida que é puxada para o buraco negro. Esta matéria quente brilha em raios-X. Os investigadores estão a usar medições da polarização destes raios-X para testar e refinar modelos que descrevem como os buracos negros engolem a matéria, tornando-se algumas das fontes de luz mais luminosas – incluindo raios-X – no Universo.

“Observações anteriores, em raios-X, de buracos negros apenas mediram a direcção de chegada, a hora de chegada e a energia dos raios-X a partir do plasma quente que espirala em direcção aos buracos negros”, disse Henric Krawczynski, professor de física na Universidade de Washington em St. Louis e do Centro para Ciências Espaciais da mesma instituição de ensino.

“O IXPE também mede a sua polarização linear, que transporta informação sobre como os raios-X foram emitidos – e se, e para onde, dispersam o material perto do buraco negro”.

Os cientistas observaram que uma melhor compreensão da geometria do plasma em torno de um buraco negro pode revelar mais sobre o funcionamento interno dos buracos negros e da forma como acretam massa.

“Estes novos conhecimentos vão permitir melhores estudos, em raios-X, de como a gravidade curva o espaço e o tempo perto dos buracos negros”, disse Krawczynski.

O horizonte de eventos de um buraco negro é o limite para além do qual nenhuma luz, nem mesmo os raios-X, conseguem escapar. Os raios-X detectados com o IXPE são emitidos pela matéria quente, ou plasma, numa região com 2000 km de diâmetro em redor do horizonte de eventos com 60 quilómetros de diâmetro do buraco negro.

O IXPE observou Cygnus X-1 de 15 a 21 de Maio de 2022. A combinação dos dados do IXPE com observações simultâneas dos observatórios NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) e NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA em maio e Junho de 2022 permitiu aos autores restringir a geometria – ou seja, a forma e localização – do plasma.

Os investigadores descobriram que o plasma estende-se perpendicularmente a um fluxo com dois lados, em forma de lápis, ou jacto, observado em observações rádio anteriores. O alinhamento da direcção da polarização dos raios-X e do jacto apoia fortemente a hipótese de que os processos na região brilhante perto do buraco negro desempenham um papel crucial no lançamento do jacto.

As observações correspondem a modelos que prevêem que o anel de plasma quente, de nome “coroa”, ou “sanduicha” o disco de matéria que espirala para o buraco negro ou substitui a porção interna desse disco. Os novos dados de polarização excluem modelos em que a coroa do buraco negro é uma coluna ou cone estreito de plasma ao longo do eixo do jacto.

Astronomia On-line
8 de Novembro de 2022