O Observatório de Raios-X Chandra viu um buraco negro distante disparando jatos de material, próximo à velocidade da luz. Não se preocupe, este animal está a cerca de 10.000 anos-luz de distância de nós. É mais um espetáculo do que um perigo.
Mas é um espetáculo carregado de idéias científicas.
Eu sei o que você pode estar pensando. Alguma versão de "Eu pensei que nada poderia escapar de um buraco negro?" Você está certo, nada pode. Mas esse material não está saindo realmente do buraco negro. É proveniente do material que circula o buraco negro e é aquecido por esse movimento.
Esses jatos de material são chamados de jatos astrofísicos, ou jatos relativísticos. Eles são emitidos por discos giratórios de material chamado discos de acréscimo. Esses discos podem estar em torno de coisas como pulsares e estrelas de nêutrons ou, como neste caso, em torno de um buraco negro.
Esse buraco negro em particular é denominado MAXI J1820 + 070. É um buraco negro de massa estelar, cerca de oito vezes maior que o nosso Sol. E, tem um amigo, um companheiro binário. Mas o companheiro não é outro buraco negro, é uma estrela.
O companheiro tem cerca de metade da massa do sol. Portanto, a relação é clara: o buraco negro mais massivo domina seu companheiro estelar. Ele retira o material da estrela para o seu disco de acreção.
O sistema binário do buraco negro chamado MAXI J1820 em Xray (inserção) com sua localização marcada em uma imagem óptica.
Crédito de imagem: Chandra / Espinasse et al, 2020.
O material no disco está incorreto. Muito disso será atraído para o buraco negro. Uma vez que ultrapassa o horizonte de eventos, é adeus para sempre, tanto quanto podemos dizer. Mas nem todo o material desaparece no buraco negro. O material no disco pode girar em torno do buraco negro por um longo tempo.
É daí que os jatos vêm. Parte do material no disco sai pelos jatos, e os jatos são compelidos a seguir as linhas de campo magnético local do buraco negro. Como resultado, existem dois jatos relativísticos opostos um ao outro: um norte e um sul.
Chandra conseguiu fazer um filme desses jatos, com base em quatro observações; um em novembro de 2018 e fevereiro, maio e junho de 2019. Os resultados dessas observações são apresentados em um artigo intitulado “ Jatos de raios-X relativísticos do binário de raios-X MAXI J1820 + 070 do buraco negro .” A autora principal é Mathilde Espinasse, da Université de Paris. O artigo foi publicado no The Astrophysical Journal Letters.
Crédito: Chandra - X-Ray Observatory
Há um fenômeno incomum aparente nesses jatos. Quando os astrônomos medem sua velocidade, o jato do norte se move a 60% da velocidade da luz, afastando-se de nós. Mas o jato do sul, que está se movendo em nossa direção, mede 160% a velocidade da luz. O que todos sabemos é impossível. (Todos nós sabemos disso, certo?)
O que está em jogo aqui é algo chamado " movimento superluminal ".
Movimento superluminal.
Crédito de imagem: Wikimédia
Em movimento superluminal, o jato de material que viaja em direção ao observador parece estar transgredindo a velocidade do limite de luz. Mas isso não.
O que está acontecendo é que o próprio jato de material está viajando à velocidade da luz. E a luz proveniente do material está viajando a velocidade da luz. Não tem escolha. Combinado, isso cria a ilusão de que a própria luz está quebrando a barreira da velocidade da luz.
De fato, os jatos de material estão viajando na mesma velocidade: pouco mais de 80% da velocidade da luz. E a luz dos dois jatos está viajando na velocidade da luz.
Ilustração do artista de um buraco negro que afasta o material de sua estrela companheira. O material é arrastado para o disco de acreção e, a partir daí, parte dele se move pelo horizonte de eventos do buraco negro. A ilustração mostra o disco de acreção do buraco negro e os jatos relativísticos de material saindo dele. No sistema MAXI J1820 + 070, o buraco negro é na verdade 16 vezes mais massivo que a estrela.
Crédito de imagem: NASA / CXC / M.Weiss
O sistema MAXI J1820 + 070 já foi observado anteriormente. Existem apenas dois outros exemplos conhecidos de um buraco negro de massa estelar emitindo jatos que viajam tão rapidamente. Portanto, o MAXI é importante para os astrônomos.
Um artigo de 2019 apresentou algumas observações de explosões do MAXI J1820 + 070 em todo o espectro eletromagnético. Naquela época, o buraco negro exibia algumas explosões muito brilhantes, especialmente evidentes nas emissões de rádio. Esse documento examinou o processo de acréscimo e mostrou que o disco interno de acréscimo permaneceu estável durante as explosões de brilho. Esses pesquisadores também disseram que seu trabalho cobria apenas uma pequena parte dos dados disponíveis nas explosões.
Este artigo é, pelo menos em parte, um acompanhamento do artigo de 2019. Mas o artigo anterior avistou os jatos nas emissões de rádio, enquanto este se concentrou nas emissões de raios-x. Utilizou não apenas observações Chandra, mas também observações VLA e MeerKAT . Essas observações também dobraram o tempo em que os jatos foram observados no estudo anterior.
A equipe por trás deste documento diz que nessas duas explosões a partir de 2018, mais de 400 milhões de bilhões de libras de material foram lançadas no espaço. Essa quantidade é aproximadamente semelhante à quantidade de material que o buraco negro poderia coletar em seu disco de acreção em apenas algumas horas.
Ilustração do artista do Chandra X-ray Observatory. Chandra é o telescópio de raios X mais sensível já construído.
Crédito: NASA / CXC / NGST
Os jatos são materiais e energia. A maior parte da energia nos jatos é liberada quando as partículas interagem com outros materiais ao redor do buraco negro. Os próprios jatos colidem com esse material e também criam ondas de choque. Um comunicado de imprensa os compara a explosões sônicas de aeronaves supersônicas na atmosfera da Terra. Quando esses jatos colidem com o material interestelar, ele cria energias de partículas mais altas do que aquelas criadas no Large Hadron Collider .
Como os autores escrevem em seu artigo, a evidência "... sugere que a maior parte da energia dos jatos não é irradiada e é liberada quando eles interagem com o meio circundante".
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