Os astrônomos encontraram um buraco negro lançando material quente para o espaço quase à velocidade da luz.
© Chandra/PanSTARSS (imagem no visível e infravermelho de MAXI J1820+070)
Este surto foi captado numa nova animação do Observatório de raios X Chandra da NASA.
O buraco negro e a sua estrela companheira compõem o sistema chamado MAXI J1820+070, localizado na nossa Galáxia a cerca de 10.000 anos-luz da Terra. O buraco negro no sistema MAXI J1820+070 tem uma massa de aproximadamente 8 vezes a do Sol, identificando-o como um buraco negro de massa estelar, formado pela destruição de uma estrela massiva (isto em contraste com os buracos negros supermassivos que contêm milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol).
O buraco negro e a sua estrela companheira compõem o sistema chamado MAXI J1820+070, localizado na nossa Galáxia a cerca de 10.000 anos-luz da Terra. O buraco negro no sistema MAXI J1820+070 tem uma massa de aproximadamente 8 vezes a do Sol, identificando-o como um buraco negro de massa estelar, formado pela destruição de uma estrela massiva (isto em contraste 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 puxa material da estrela companheira para um disco que emite raios X situado em torno de si próprio.
Enquanto parte do gás quente no disco cruza o horizonte de eventos e cai no buraco negro, parte é expelida para longe do buraco negro num par de feixes curtos de material, ou jatos. Estes jatos estão apontados em direções opostas, lançados de fora do horizonte de eventos ao longo das linhas do campo magnético. As novas imagens do comportamento deste buraco negro são baseadas em quatro observações obtidas com o Chandra em novembro de 2018 e fevereiro, maio e junho de 2019, e foram relatadas num artigo liderado por Mathilde Espinasse da Universidade de Paris.
O painel principal da imagem acima é uma imagem ótica e infravermelha de campo largo da Via Láctea pelo telescópio óptico PanSTARRS no Havaí, com a posição de MAXI J1820+070 acima do plano da Galáxia assinalada por uma cruz. A inserção mostra uma animação que percorre as quatro observações do Chandra, em que o tempo inicial corresponde à primeira observação de 13 de novembro de 2018, cerca de quatro meses depois do lançamento do jato. MAXI J1820+070 é a brilhante fonte de raios X no meio da imagem e as fontes de raios X podem ser vistas se afastando do buraco negro em jatos para norte e sul. MAXI J1820+070 é uma fonte pontual de raios X, embora pareça ser muito maior do que um ponto porque é bastante mais brilhante do que as fontes do jato. O jato sul é demasiado fraco para ser detectado nas observações de maio e junho de 2019.
Qual é a velocidade a que os jatos de material se afastam do buraco negro? Do ponto de vista da Terra, parece que o jato norte está se movendo a 60% da velocidade da luz, enquanto o jato sul está viajando a 160% da velocidade luz, o que parece impossível!
Este é um exemplo de movimento superluminal, um fenômeno que ocorre quando algo viaja na nossa direção perto da velocidade da luz, ao longo de uma direção próxima da nossa linha de visão. Isto significa que o objeto viaja quase tão depressa na nossa direção quanto a luz que gera, dando a ilusão de que o movimento do jato é mais rápido do que a velocidade da luz. No caso de MAXI J1820+070, o jato sul está apontando na nossa direção e o jato norte está apontando para longe de nós, de modo que o jato sul parece estar se movendo mais depressa do que o jato norte. A velocidade real das partículas nos dois jatos é superior a 80% da velocidade da luz.
Apenas dois outros exemplos de expulsões de alta velocidade foram observados em raios X oriundos de buracos negros de massa estelar.
MAXI J1820+070 também foi observado no rádio por uma equipe liderada por Joe Bright, da Universidade de Oxford, que havia relatado anteriormente a detecção de movimento superluminal de fontes compactas baseado em apenas dados de rádio que se estendiam desde o lançamento dos jatos no dia 7 de julho de 2018, até ao final de 2018.
Dado que as observações do Chandra aproximadamente duplicaram o tempo de acompanhamento dos jatos, uma análise combinada dos dados de rádio e dos novos dados do Chandra, por Espinasse e pela sua equipe, forneceu mais informações. Isto 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. Estas 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 provocadas por aeronaves supersônicas. Este processo gera energias maiores que as do LHC (Large Hadron Collider).
Os pesquisadores estimam que cerca de 200 quatrilhões de quilogramas de material tenham sido expelidos pelo buraco negro nestes dois jatos lançados em julho de 2018. Esta quantidade de massa é comparável à que podia ficar acumulada no disco em torno do buraco negro no espaço de algumas horas, e é equivalente a cerca de mil Cometas Halley.
Os estudos de MAXI J1820+070 e sistemas similares prometem ensinar-nos mais sobre os jatos produzidos por buracos negros de massa estelar e como liberam a sua energia quando interagem com o ambiente.
As observações rádio realizadas com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e com o MeerKAT também foram usadas para estudar os jatos de MAXI J1820+070.
O artigo que descreve estes resultados foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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