Agora sabemos por que os jatos de buracos negros emitem radiação de alta energia

Núcleos galácticos ativos, alimentados pelos buracos negros supermassivos que eles contêm, são os objetos mais brilhantes do universo. A luz se origina de jatos de material que são ejetados quase à velocidade da luz do ambiente ao redor do buraco negro. Na maioria dos casos, esses núcleos galácticos ativos são chamados de quasares. Mas em raras ocasiões em que um dos jatos é apontado diretamente para a Terra, ele é chamado de blazar e parece muito mais brilhante.

Embora o esboço geral de como o blazar funciona tenha sido elaborado, muitos detalhes ainda são mal compreendidos, incluindo como a matéria em movimento rápido gera tanta luz. Agora, os pesquisadores converteram um novo observatório espacial chamado Explorador de imagens de raios-X de polarização (IXPE) em direção a uma das chamas mais brilhantes do céu. Juntos, os dados dele e de outras observações indicam que a luz é produzida quando jatos de buracos negros colidem com matéria em movimento lento.

aviões e luz

O IXPE é especializado em detectar a polarização de fótons de alta energia – a direção das vibrações no campo elétrico da luz. A informação de polarização pode nos dizer algo sobre os processos que criaram os fótons. Por exemplo, fótons originados em um ambiente desordenado terão polarizações essencialmente aleatórias, enquanto um ambiente mais ordenado tende a produzir fótons com uma gama limitada de polarizações. A luz que passa por materiais ou campos magnéticos também pode mudar sua polarização.

Isso tem se mostrado útil no estudo dos blazares. Os fótons de alta energia que esses objetos emitem são gerados pelas partículas carregadas nos jatos. Quando esses objetos mudam de trajetória ou desaceleram, eles precisam liberar energia na forma de fótons. Como eles se movem perto da velocidade da luz, eles têm muita energia para ceder, permitindo que os blazares emitam em todo o espectro, de ondas de rádio a raios gama – alguns dos últimos permanecendo nessas energias, apesar de bilhões de anos de desvio para o vermelho. .

Então, a questão torna-se o que faz com que essas partículas desacelerem. Existem duas ideias principais. Um desses fatores é que o ambiente nas aeronaves é turbulento, com acumulações caóticas de materiais e campos magnéticos. Isso faz com que as partículas desacelerem e um ambiente caótico significa que a polarização se torna amplamente aleatória.

Uma ideia alternativa envolve uma onda de choque, onde o material dos jatos colide com o material em movimento lento, diminuindo sua velocidade. Este é um processo relativamente ordenado, produzindo uma polarização relativamente limitada em banda que se torna mais pronunciada em energias mais altas.

Digite IXPE

O novo conjunto de observações é uma campanha coordenada para registrar Blazar Markarian 501 usando uma variedade de telescópios que capturam a polarização em comprimentos de onda mais longos, com o IXPE lidando com os fótons de energia mais alta. Além disso, os pesquisadores procuraram nos arquivos de vários observatórios observações anteriores de Markarian 501, o que lhes permitiu determinar se a polarização era estável ao longo do tempo.

Em geral, em todo o espectro, das ondas de rádio aos raios gama, as polarizações medidas estavam a poucos graus uma da outra. Também foi estável ao longo do tempo e seu alinhamento aumentou em energias de fótons mais altas.

Ainda há uma pequena diferença na polarização, o que indica uma perturbação relativamente pequena no local da colisão, o que não é realmente uma surpresa. Mas é muito menos turbulento do que você esperaria de uma matéria turbulenta com campos magnéticos complexos.

Embora esses resultados forneçam uma melhor compreensão de como os buracos negros produzem luz, esse processo depende, em última análise, da produção de jatos, que ocorrem perto do buraco negro. Como esses jatos se formam ainda não é realmente compreendido, então as pessoas que estudam astrofísica de buracos negros ainda têm motivos para voltar ao trabalho depois do fim de semana.

natureza2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0 (Sobre DOIs).