Insight-HXMT, o primeiro satanãlite astrona´mico de raios-X espacial da China, descobriu uma oscilação quase peria³dica de baixa frequência (QPO) acima de 200 quiloelanãtrons volts (keV) em um buraco negro bina¡rio, tornando-o o QPO de baixa frequência de maior energia já encontrado . Os cientistas também descobriram que o QPO se originou da precessão de um jato relativa­stico (fluxo de plasma em alta velocidade para fora) pra³ximo ao horizonte de eventos do buraco negro. Essas descobertas tem implicações importantes para resolver o longo debate sobre a origem física dos QPOs de baixa frequência.

Este trabalho, publicado online na Nature Astronomy em 21 de setembro, foi conduzido principalmente por cientistas do Instituto de Fa­sica de Altas Energias (IHEP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), da Universidade de Southampton (Reino Unido), da Eberhard Karls University de Ta¼bingen (Alemanha) e o Observatório Astrona´mico de Xangai do CAS.

QPOs de baixa frequência, descobertos na década de 1980, são um recurso de temporização de observação comum em binários de buracos negros transita³rios. Elas são modulações quase peria³dicas, mas não precisamente peria³dicas, nas curvas de luz. Por mais de 30 anos, a origem dos QPOs de baixa frequência não foi compreendida. Os dois modelos mais populares que explicam sua origem são: 1) as oscilações são causadas pela instabilidade do disco de acreção quando a matéria gira e finalmente cai no buraco negro; e 2) as modulações quase peria³dicas de raios-X são produzidas pela oscilação ou precessão da regia£o de emissão de raios-X coronal próxima ao buraco negro.

Antes da era do Insight-HXMT, os satanãlites de raios-X são podiam detectar e estudar QPOs de baixa frequência abaixo de 30 keV; portanto, era difa­cil testar esses modelos. O Insight-HXMT, em contraste, tem uma ampla faixa de energia efetiva de 1-250 keV e tem a maior área efetiva acima de 30 keV. Portanto, após o lana§amento do Insight-HXMT, os cientistas esperavam que ele detectasse QPOs de baixa frequência ricos acima de 30 keV e, assim, fosse capaz de testar totalmente os modelos anteriores.

O novo buraco negro bina¡rio de raios-X MAXI J1820 + 070, que consiste em um buraco negro de várias massas solares e uma estrela companheira, começou a sofrer uma explosão em 11 de mara§o de 2018. Foi uma das fontes de raios-X mais brilhantes em o canãu por muito tempo. O Insight-HXMT respondeu rapidamente e realizou observações de apontamento de alta cadaªncia nesta fonte por vários meses, acumulando uma grande quantidade de dados observacionais.

Com base nesses dados, os cientistas descobriram que o QPO de baixa frequência de MAXI J1820 + 070 apareceu em uma ampla faixa de energia e sua energia de detecção máxima excedeu 200 keV, que équase uma ordem de magnitude maior do que os QPOs anteriores observados por outros telesca³pios, indicando que o QPO não pode vir da regia£o de radiação tanãrmica do disco de acreção. Estudos posteriores revelaram que a frequência e amplitude da variabilidade do QPO são independentes de energia e o QPO de alta energia precede o de baixa energia.

Esses resultados conflitaram inequivocamente com a maioria dos modelos existentes atualmente. Portanto, os cientistas propuseram que o QPO de baixa frequência foi produzido pela precessão de um jato pra³ximo ao horizonte de eventos do buraco negro; a precessão foi provavelmente causada pelo efeito de arrastamento de quadros da relatividade geral, gerado pela rotação do buraco negro.

Os jatos são fluxos de matéria de alta velocidade que se movem pra³ximo a  velocidade da luz. Muitos jatos foram observados em buracos negros binários e quasares distantes hospedando buracos negros supermassivos (ou seja, aqueles de milhões a dezenas de bilhaµes de massas solares) nas bandas de ra¡dio, a³ptica e raios-X. Os jatos são uma importante caracterí­stica observacional dos sistemas de buracos negros e são os principais meios pelos quais os buracos negros influenciam o ambiente circundante via feedback ao engolir matéria próxima.

No entanto, esses jatos estãolonge de ser buracos negros. Eles geralmente estãolocalizados a uma distância de mais de um milha£o de vezes o horizonte de eventos do buraco negro. A uma distância tão longa, a força gravitacional do buraco negro realmente não tem efeito. Portanto, não estãoclaro onde esses jatos são gerados, a que distância estãodos buracos negros, como podem escapar do forte campo gravitacional dos buracos negros e como são acelerados a uma velocidade próxima a  velocidade da luz.

A descoberta do Insight-HXMT éparticularmente importante porque éa primeira vez que um jato foi encontrado a apenas centenas de quila´metros de um buraco negro (ou seja, várias vezes o horizonte de eventos do buraco negro). Como o jato relativa­stico mais pra³ximo observado em um buraco negro atéagora, a descoberta éde grande importa¢ncia para o estudo dos efeitos relativa­sticos, processos dina¢micos e mecanismos de radiação.