A Missão IXPE da NASA Detalha as Formas das Estruturas em Torno do Recém Descoberto Buraco Negro 'Swift J1727'

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Imagem: Space Daily

Ilustrativo.

 

No dia 08/12, o portal Space Daily noticiou que a 'Missão Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE)' da NASA, ajudou os astrônomos a entender melhor as formas das estruturas essenciais para um buraco negro – especificamente, o disco de material que gira em torno dele e a região de plasma em mudança chamada corona.

 

De acordo com a nota do portal, o buraco negro de massa estelar, parte do sistema binário Swift J1727.8-1613, foi descoberto no verão de 2023 durante um evento de aumento de brilho incomum que fez com que ele superasse quase todas as outras fontes de raios-X. Este é o primeiro de seu tipo a ser observado pela IXPE enquanto passa pelo início, pico e conclusão de um surto de raios-X como esse.

 

Swift J1727 é o objeto de uma série de novos estudos publicados no The Astrophysical Journal e Astronomy and Astrophysics. Cientistas afirmam que os resultados fornecem novas percepções sobre o comportamento e evolução dos sistemas binários de buracos negros de raios-X.

 

"Esse surto evoluiu de maneira incrivelmente rápida", disse a astrofísica Alexandra Veledina, pesquisadora permanente da Universidade de Turku, Finlândia. "Desde a nossa primeira detecção do surto, levou apenas dias para o Swift J1727 atingir o pico. Naquele momento, a IXPE e vários outros telescópios e instrumentos já estavam coletando dados. Foi emocionante observar o surto até seu retorno à inatividade."

 

Até o final de 2023, o Swift J1727 permaneceu brevemente mais brilhante que a Nebulosa do Caranguejo, a "vela" padrão de raios-X usada para fornecer uma linha de base para unidades de brilho de raios-X. Esses surtos não são incomuns em sistemas binários de estrelas, mas raramente ocorrem com tanta intensidade e tão perto da Terra – apenas 8.800 anos-luz de distância. O sistema binário foi nomeado em homenagem à Missão Swift de Burst de Raios Gama, que inicialmente detectou o surto com seu Burst Alert Telescope em 24 de agosto de 2023, resultando na descoberta do buraco negro.

 

Sistemas binários de raios-X normalmente incluem duas estrelas próximas em diferentes estágios de seu ciclo de vida. Quando a estrela mais velha fica sem combustível, ela explode em uma supernova, deixando para trás uma estrela de nêutrons, anã branca ou buraco negro. No caso do Swift J1727, a poderosa gravidade do buraco negro resultante arrancou material da estrela companheira, aquecendo o material a mais de 1,8 milhões de graus Fahrenheit e produzindo uma imensa liberação de raios-X. Esse material formou um disco de acreção e pode incluir uma corona superaquecida. Nos polos do buraco negro, o material também pode escapar do sistema binário na forma de jatos relativísticos.

 

A IXPE, que ajudou a NASA e os pesquisadores a estudar todos esses fenômenos, se especializa em polarização de raios-X, a característica da luz que ajuda a mapear a forma e a estrutura dessas fontes de energia ultrapotentes, iluminando seu funcionamento interno, mesmo quando estão muito distantes para sermos capazes de vê-las diretamente.

 

"Como a luz em si não pode escapar de sua gravidade, não podemos ver os buracos negros", disse Veledina. "Podemos apenas observar o que acontece ao redor deles e tirar conclusões sobre os mecanismos e processos que ocorrem lá. A IXPE é crucial para esse trabalho."

 

Dois dos estudos baseados na IXPE sobre o Swift J1727, liderados por Veledina e Adam Ingram, pesquisador da Universidade de Newcastle, na Inglaterra, focaram nas primeiras fases do surto. Durante o breve período de meses em que a fonte se tornou excepcionalmente brilhante, a corona foi a principal fonte de radiação de raios-X observada.

 

"A IXPE documentou a polarização da radiação de raios-X viajando ao longo da direção estimada do jato do buraco negro, portanto o plasma quente está estendido no plano do disco de acreção", disse Veledina. "Achados semelhantes foram relatados no sistema binário persistente de buraco negro Cygnus X-1, então essa descoberta ajuda a verificar que a geometria é a mesma entre sistemas eruptivos de curta duração."

 

A equipe monitorou ainda como os valores de polarização mudaram durante o pico do surto do Swift J1727. Essas conclusões coincidiram com achados obtidos simultaneamente durante estudos de outras faixas de energia da radiação eletromagnética.

 

Um terceiro e quarto estudos, liderados pelos pesquisadores Jiri Svoboda e Jakub Podgorny, ambos da Academia de Ciências da República Tcheca em Praga, focaram na polarização de raios-X na segunda parte do surto do Swift J1727 e seu retorno a um estado altamente energético vários meses depois. Pelo trabalho anterior de Podgorny usando dados da IXPE e simulações de buracos negros, ele foi recentemente premiado com o principal prêmio nacional da República Tcheca por uma tese de doutorado em ciências naturais.

 

Os dados de polarização indicaram que a geometria da corona não mudou significativamente entre o início e o fim do surto, embora o sistema tenha evoluído nesse meio tempo e o brilho de raios-X tenha caído dramaticamente no estado energético posterior.

 

Os resultados representam um avanço significativo em nosso entendimento sobre as formas e estruturas mutáveis do disco de acreção, corona e estruturas relacionadas em buracos negros em geral. O estudo também demonstra o valor da IXPE como uma ferramenta para determinar como todos esses elementos do sistema estão conectados, além de seu potencial para colaborar com outros observatórios para monitorar mudanças súbitas e dramáticas no cosmos.

 

"Observações adicionais de matéria perto de buracos negros em sistemas binários são necessárias, mas a bem-sucedida primeira campanha de observação do Swift J1727.8-1613 em diferentes estados é o melhor começo de um novo capítulo que poderíamos imaginar", disse Michal Dovciak, coautor da série de artigos e líder do grupo de trabalho da IXPE sobre buracos negros de massa estelar, que também realiza pesquisas na Academia de Ciências da República Tcheca.

 

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