Tecnologia Científica

A receita para jatos de quasar poderosos
Jatos de buracos negros supermassivos podem injetar grandes quantidades de energia em seus arredores e influenciar fortemente a evolua§a£o de seus ambientes.
Por NASA - 15/10/2020


Crédito: NASA / CXC / M. Weiss

Alguns buracos negros supermassivos lana§am poderosos feixes de material, ou jatos, enquanto outros não. Os astrônomos podem agora ter identificado o porquaª.

Usando dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA, XMM-Newton da ESA, SATellite ROentgen da Alemanha (ROSAT), Karl G. Jansky Very Large Array da NSF, o Sloan Digital Sky Survey e outros telesca³pios, os pesquisadores estudaram mais de 700 quasares— buracos negros supermassivos de crescimento rápido - para isolar os fatores que determinam por que esses buracos negros lana§am jatos.

Jatos de buracos negros supermassivos podem injetar grandes quantidades de energia em seus arredores e influenciar fortemente a evolução de seus ambientes. Anteriormente, os cientistas perceberam que um buraco negro supermassivo precisa girar rapidamente para impulsionar jatos fortes - mas nem todos os buracos negros que giram rapidamente tem jatos.

"Descobrimos que háoutro fator determinante para determinar se um buraco negro supermassivo tem jatos, algo chamado de coroa de buraco negro entremeada por campos magnanãticos", disse Shifu Zhu, da Penn State University em University Park, Pensilva¢nia, que liderou o estudo. "Se vocênão tem uma coroa de buraco negro que ébrilhante em raios X, parece que vocênão tem jatos de buraco negro poderosos."

Na astronomia, o termo "corona" écomumente associado a  atmosfera externa do sol. Por outro lado, as coronas dos buracos negros são regiaµes de gás quente difuso que ficam acima e abaixo de um disco muito mais denso de material girando em torno do sumidouro gravitacional. Como a coroa ao redor do Sol, as coronas dos buracos negros são entremeadas por fortes campos magnanãticos .

"a‰ como assar pa£o em que vocêprecisa de alguns ingredientes para seguir com sucesso a receita de um pa£o", disse o coautor Niel Brandt, também da Penn State. "Nossos resultados mostram que um ingrediente do qual vocênão pode prescindir ao 'fazer' jatos de quasar poderosos éuma coroa brilhante."

A equipe obteve seus resultados obtendo uma melhor compreensão da emissão de raios-X de quasares. Estudos anteriores haviam mostrado que quasares sem jatos mostram uma ligação caracterí­stica entre a força de seus raios-X e a emissão ultravioleta. Esta correlação éexplicada pela luz ultravioleta do disco do buraco negro que atinge aspartículas da coroa. O aumento de energia resultante converte a luz ultravioleta em raios-X.
 
No novo estudo, a equipe optou por investigar o comportamento de quasares que possuem jatos. Eles encontraram uma correlação entre o quanto brilhantes são os diferentes quasares em raios-X e luz ultravioleta que énotavelmente semelhante a  encontrada para quasares sem jatos. Eles conclua­ram que a emissão de raios-X nos quasares de propulsão a jato também éproduzida por uma coroa de buraco negro.

Essa conclusão foi uma surpresa. Anteriormente, os astrônomos pensavam que a emissão de raios-X de quasares com jatos vinha da base dos jatos porque quasares com jatos tendem a ser mais brilhantes em raios-X do que aqueles sem. O novo estudo confirma essa diferença no brilho, mas conclui que a emissão extra de raios-X éde coronas de buracos negros mais brilhantes do que as de quasares com jatos mais fracos ou inexistentes.

"A descoberta de que os raios X em quasares com jatos vão de uma coroa de buraco negro, e não dos jatos, desafia 35 anos de reflexa£o sobre a natureza ba¡sica desta emissão", disse o coautor Guang Yang da Texas A&M University em College Station, Texas. "Isso poderia fornecer uma nova visão sobre a física desses jatos."

Uma importante implicação de seu trabalho éque, para produzir jatos poderosos, um quasar deve ter uma coroa de buraco negro brilhante, entremeada por fortes campos magnanãticos, além de um buraco negro girando rapidamente. Quasares com buracos negros coroas mais taªnues e campos magnanãticos mais fracos tem jatos menos poderosos ou inexistentes, estejam ou não seus buracos negros supermassivos girando rapidamente.

"Tanto os poderosos jatos de um quasar quanto a corona brilhante que ocorrem juntos podem ser fundamentalmente impulsionados por campos magnanãticos", disse Zhu.

Campos magnanãticos mais fortes podem resultar de um disco mais espesso causado por uma taxa mais alta de matéria caindo no buraco negro.

Esses resultados são semelhantes aos encontrados para buracos negros de massa estelar, que pesam menos de cem vezes a massa do sol, em comparação com buracos negros supermassivos que pesam milhões ou bilhaµes de vezes a massa do sol. Isso apoia a ideia de que essas duas classes diferentes de buracos negros podem ser semelhantes em termos de comportamento, apesar de seus tamanhos muito diferentes.

A amostra da equipe consiste em 729 quasares com jatos. Os dados Chandra, XMM-Newton e ROSAT foram usados ​​para 212, 278 e 239 quasares, respectivamente. O tamanho e a qualidade da amostra da equipe explicam por que eles foram capazes de descobrir a causa da emissão de raios-X.

 

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