O IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA ajudou os astrônomos a compreender melhor as formas das estruturas essenciais de um buraco negro, especificamente, o disco de material que gira em sua volta e a coroa, uma região de plasma em movimento.
© M. Novotná (ilustração do sistema binário com um buraco negro no centro)
Esta ilustração mostra a nave espacial IXPE, em baixo à esquerda do centro, observando à distância o recém-descoberto sistema binário Swift J1727.8-1613. No centro está um buraco negro rodeado por um disco de acreção, representado em amarelo e laranja, e uma coroa quente e instável, representada em azul. O buraco negro está sugando gás da sua estrela companheira, vista atrás do buraco negro como uma esfera vermelha. Jatos de partículas superaquecidas e em movimento rápido fluem de ambos os polos do buraco negro.
O buraco negro de massa estelar, que faz parte do sistema binário Swift J1727.8-1613, foi descoberto no verão de 2023 durante um evento de brilho incomum que o fez ofuscar brevemente quase todas as outras fontes de raios X. É o primeiro do seu gênero a ser observado pelo IXPE, uma vez que acompanhou o início, o pico e a conclusão de uma explosão de raios X como esta. Os cientistas afirmam que as descobertas fornecem novos conhecimentos sobre o comportamento e a evolução dos sistemas binários de raios X com buracos negros.
Até finais de 2023, o Swift J1727 permaneceu brevemente mais brilhante do que a Nebulosa do Caranguejo, a "vela" padrão de raios X utilizada para fornecer uma linha de base para unidades de brilho de raios X. Tais explosões não são incomuns em sistemas estelares binários, mas raramente ocorrem de forma tão intensa e tão perto daqui, a apenas 8.800 anos-luz da Terra.
Os sistemas binários de raios X incluem tipicamente duas estrelas próximas em diferentes fases do seu ciclo de vida. Quando a estrela mais velha fica sem combustível, explode como supernova, deixando para trás uma estrela de nêutrons, uma anã branca ou um buraco negro. No caso de Swift J1727, a poderosa gravidade do buraco negro resultante retirou material da sua estrela companheira, aquecendo o material a quase 1 milhão de graus Celsius e produzindo uma vasta emissão de raios X. Esta matéria formou um disco de acreção e pode incluir uma coroa superaquecida. Nos polos do buraco negro, a matéria também pode escapar do sistema binário sob a forma de jatos relativistas.
O IXPE, que tem ajudado a NASA e os pesquisadores a estudar todos estes fenômenos, é especialista em polarização de raios X, a característica da luz que ajuda a mapear a forma e a estrutura destas fontes de energia ultrapoderosas, iluminando o seu funcionamento interno mesmo quando estão demasiado distantes para serem vistas diretamente.
Descobertas semelhantes foram registadas no binário persistente do buraco negro Cygnus X-1, pelo que esta descoberta ajuda a verificar que a geometria é a mesma entre os sistemas eruptivos de curta duração. A equipe monitorou ainda a forma como os valores de polarização se alteraram durante o pico da erupção de Swift J1727. Estas conclusões coincidem com os resultados obtidos simultaneamente durante estudos de outras bandas de energia da radiação eletromagnética. Os dados de polarização de outro estudo indicaram que a geometria da coroa não se alterou significativamente entre o início e o fim do surto, apesar de o sistema ter evoluído e de o brilho dos raios X ter diminuído drasticamente no último estado energético.
Os resultados representam um avanço significativo na nossa compreensão das formas e estruturas variáveis do disco de acreção, da coroa e das estruturas relacionadas dos buracos negros em geral. O estudo também demonstra o valor do IXPE como ferramenta para determinar a forma como todos estes elementos do sistema estão ligados, bem como o seu potencial para colaborar com outros observatórios para observar mudanças súbitas e dramáticas no cosmos.
Foram publicados artigos nos periódicos The Astrophysical Journal e Astronomy & Astrophysics.
Fonte: NASA
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