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 evolução de seus ambientes.
Por NASA - 15/10/2020


Crédito: NASA / CXC / M. Weiss

Alguns buracos negros supermassivos lançam poderosos feixes de material, ou jatos, enquanto outros não. Os astrônomos podem agora ter identificado o porquê.

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 telescópios, os pesquisadores estudaram mais de 700 quasares— buracos negros supermassivos de crescimento rápido - para isolar os fatores que determinam por que esses buracos negros lançam 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 têm jatos.

"Descobrimos que há outro fator determinante para determinar se um buraco negro supermassivo tem jatos, algo chamado de coroa de buraco negro entremeada por campos magnéticos", disse Shifu Zhu, da Penn State University em University Park, Pensilvânia, que liderou o estudo. "Se você não tem uma coroa de buraco negro que é brilhante em raios X, parece que você não tem jatos de buraco negro poderosos."

Na astronomia, o termo "corona" é comumente associado à atmosfera externa do sol. Por outro lado, as coronas dos buracos negros são regiões 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 magnéticos .

"É como assar pão em que você precisa de alguns ingredientes para seguir com sucesso a receita de um pão", disse o coautor Niel Brandt, também da Penn State. "Nossos resultados mostram que um ingrediente do qual você não pode prescindir ao 'fazer' jatos de quasar poderosos é uma 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 é explicada pela luz ultravioleta do disco do buraco negro que atinge as partículas 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 quão brilhantes são os diferentes quasares em raios-X e luz ultravioleta que é notavelmente semelhante à encontrada para quasares sem jatos. Eles concluíram que a emissão de raios-X nos quasares de propulsão a jato também é produzida 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 é de 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 vêm de uma coroa de buraco negro, e não dos jatos, desafia 35 anos de reflexão sobre a natureza básica 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 é que, para produzir jatos poderosos, um quasar deve ter uma coroa de buraco negro brilhante, entremeada por fortes campos magnéticos, além de um buraco negro girando rapidamente. Quasares com buracos negros coroas mais tênues e campos magnéticos mais fracos têm 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 magnéticos", disse Zhu.

Campos magnéticos 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 bilhões 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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