Fermi e Swift estudam buraco negro supermassivo através da ampliação de lente gravitacional

Impressão artística de uma lente gravitacional. Créditos: ESA/ATG Medialab

Os observatórios espaciais Integral, Fermi e Swift usaram o poder de ampliação de uma lente cósmica para explorar as regiões internas de um buraco negro supermassivo.

Os raios-gama são a radiação altamente energética emitida por alguns dos objetos mais extremos do Universo. Por exemplo, jatos de raios-gama se deslocam próximos aos fluxos de plasma que são ejetados quase à velocidade da luz, originados nas áreas próximas dos buracos negros. Os cientistas estimam que estes jatos são emitidos pelo material superaquecido que espirala em queda antes de ser devorado pelo faminto buraco negro.

Os nossos telescópios jamais serão poderosos o suficiente para revelar estas regiões internas e os cientistas lutam para examinar exatamente o modo como estes jatos são expelidos para o Cosmos.

Andrii Neronov, membro da Universidade de Genebra, Suíça, autor principal do artigo publicado em Nature Physics, disse:

Considerando que não podemos ver claramente o que está ocorrendo, nós não compreendemos completamente este comportamento.

Entretanto, o nosso método nos possibilitou uma maneira de ‘resolver’ esta região e obter uma ideia da região do espaço diretamente em volta de um buraco negro supermassivo conhecido como PKS 1830-211.

Este buraco negro está localizado a bilhões de anos-luz da Terra. Nem o satélite Integral da ESA nem o telescópio de raios-gama Fermi da NASA conseguem observar a região por si só, sem um reforço, mas uma feliz coincidência forneceu uma “mãozinha” aos astrônomos: uma microlente gravitacional.

Dr. Neronov explicou:

A partir de observações da Terra, os buracos negros longínquos são minúsculos. Eles estão de fato muito, muito longe. Tentar observar PKS 1830-211 é como tentar ver um objeto do tamanho de uma formiga lá na Lua.

Nenhum dos nossos telescópios consegue resolver algo tão pequeno, por isso usamos um truque para ‘enxergar a formiga’: uma enorme lente gravitacional.

Objetos cósmicos massivos, desde as estrelas individuais até os aglomerados de galáxias, encurvam e focam a luz que flui ao seu redor graças a sua gravidade inerente, agindo como lentes de aumento gigantescas.

Simulação de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia distante, ampliado pelo efeito gravitacional de estrelas localizadas numa galáxia no plano da frente. Créditos: A. Neronov, ISDC, Universidade de Genebra, Suíça

Dr. Neronov e colegas usaram uma galáxia situada entre o alvo observado e a Terra para fazer um “zoom” do buraco negro e assim medir o tamanho da região que emite os jatos. Foi a primeira vez que este método foi usado com raios-gama.

Os cientistas escolheram estruturas no mesmo diâmetro angular que a tal “formiga na Lua”. A zona observada do céu cobre uma região com cerca de 100 vezes a distância Terra-Lua. Em termos astronômicos é uma área nos céus notavelmente pequena.

Dr Neronov prosseguiu:

Nossas observações demonstram que os raios-gama vêm das imediações do próprio buraco negro supermassivo. Isto nos fornece uma ideia do que é e do que não é importante na produção dos jatos.

É surpreendente sermos capazes de ver coisas tão pequenas a distâncias tão enormes. Estou muito animado por termos um ‘buraco negro-escópio’ para investigar as regiões internas dos jatos.

A observação da fonte de raios-gama com o Integral da ESA juntamente com o Fermi e o Swift da NASA permitiu com que os astrônomos construíssem uma imagem mais completa da radiação que flui para fora do objeto.

Sumário das restrições no tamanho da zona de emissão de raios gama do buraco negro supermassivo PKS 1830-211, comparado com a sua distância característica, em escala. Crédito: Neronov et al.

Os raios-gama mais energéticos, detectados pelo Fermi, parecem ser provenientes da pequena base do jato – a região com o tamanho de “uma formiga na Lua” – enquanto os menos energéticos, detectados pelo Integral, foram emitidos pela muito maior região circundante.

A equipe também estudou as emissões em raios-X usando o Integral e o Swift. Os astrônomos descobriram que estes raios-X surgem de uma região em volta do buraco negro que se estende até mais ou menos 400 bilhões de quilômetros.

Erik Kuulkers, cientista membro do programa Integral da ESA, afirmou:

Este buraco negro é um dos mais poderosos objetos conhecidos do seu tipo. Esperamos que a caracterização plena da sua emissão nos fornecerá um vislumbre de como se dá a formação destes jatos.

Felizmente, o buraco negro reside em uma região do espaço na direção do centro da nossa Galáxia, assim, o Integral o observa frequentemente.

Estas observações fornecem informações únicas sobre os processos de alta energia que ocorrem em torno de buracos negros supermassivos, permitindo que nós ‘espreitemos’ o interior de estruturas minúsculas que estão a enormes distâncias de nós.

Os resultados do estudo foram reportados no artigo intitulado “Central engine of a gamma-ray blazar resolved through the “magnifying glass” of gravitational microlensing”, assinado por A. Neronov, I. Vovk e D. Malyshev, publicado em Nature Physics em 06 de julho de 2015.

Fonte

ESA: Astronomers use cosmic gravity to create a black-hole-scope

Artigo Científico

Nature Physics: Central engine of a gamma-ray blazar resolved through the “magnifying glass” of gravitational microlensing

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