Finalmente sabemos como os buracos negros produzem a luz mais brilhante do universo: ScienceAlert

Para algo que não emite luz podemos descobri-loE a buracos negros Simplesmente adoram mergulhar no brilho.

Na verdade, parte da luz mais brilhante do universo vem de buracos negros supermassivos. Bem, na verdade não são os próprios buracos negros; É a matéria ao seu redor, pois eles espalham ativamente grandes quantidades de matéria de seus arredores imediatos.

Entre as mais brilhantes dessas flutuações rodopiantes de material quente estão as galáxias conhecidas como blazares. Eles não apenas brilham com o calor da casca do vórtice, mas também canalizam a matéria em feixes “queimando” que viajam pelo universo, emitindo radiação eletromagnética em energias difíceis de compreender.

Os cientistas finalmente descobriram o mecanismo para produzir a incrível luz de alta energia que chega até nós bilhões de anos atrás: choques em Buraco negroJatos que aceleram partículas a velocidades surpreendentes.

“Este é um mistério de 40 anos resolvido”, diz o astrônomo Yannis Lioudakis Centro Finlandês de Astronomia com o ESO (FINCA). “Finalmente reunimos todas as peças do quebra-cabeça e a imagem que eles pintaram ficou clara.”

A maioria das galáxias do universo é construída em torno de um buraco negro supermassivo. Esses objetos incrivelmente grandes ficam no centro da galáxia, às vezes fazendo muito pouco (por exemplo, arco a*o buraco negro no coração da Via Láctea) e às vezes faz demais.

Esta atividade consiste em material cumulativo. Uma enorme nuvem se reúne em um disco equatorial ao redor do buraco negro e gira em torno dele como água ao redor do ralo. As interações friccionais e gravitacionais no espaço extremo ao redor do buraco negro fazem com que essa matéria aqueça e brilhe intensamente em uma variedade de comprimentos de onda. Esta é uma das fontes de luz do buraco negro.

O outro – que ocorre nos blazares – são jatos gêmeos de material disparados das regiões polares fora do buraco negro, perpendiculares ao disco. Acredita-se que esses jatos sejam material da borda interna do disco e, em vez de cair em direção ao buraco negro, é acelerado ao longo das linhas do campo magnético externo até os pólos, onde é disparado em velocidades muito altas, próximas à velocidade de luz.

Para classificar uma galáxia como um plazar, esses jatos devem ser direcionados quase diretamente para o observador. Isto somos nós na Terra. Graças à intensa aceleração das partículas, elas brilham com luz em todo o espectro eletromagnético, incluindo raios gama de alta energia e raios-X.

A maneira exata como esse jato acelera as partículas a velocidades tão altas tem sido um ponto de interrogação cosmológico gigante há décadas. Mas agora, há um novo e poderoso telescópio de raios-X chamado Polarimetry Explorer (X-ray Imaging Explorer).IXPE), lançado em dezembro de 2021, os cientistas têm a chave para resolver o mistério. É o primeiro telescópio espacial a detectar a direção ou polarização dos raios-X.

“As primeiras medidas de polarização de raios-X dessa classe de fontes permitiram, pela primeira vez, uma comparação direta com modelos desenvolvidos a partir da observação de outras frequências de luz, do rádio aos raios gama de altíssima energia”, disse. diz a astrônoma Immaculata Donnarumma Agência Espacial Italiana.

IXPE foi convertido para O objeto de alta energia mais brilhante Em nosso céu, um plezar chamado Markarian 501, localizado a 460 milhões de anos-luz de distância na constelação de Hércules. Durante seis dias em março de 2022, o telescópio coletou dados sobre a luz de raios-X emitida pelo avião Blazar.

Ao mesmo tempo, outros observatórios estavam medindo a luz de outras faixas de comprimento de onda, do rádio ao óptico, que anteriormente eram os únicos dados disponíveis para o Markarian 501.

A equipe logo notou uma estranha diferença na luz de raios-X. Sua orientação foi significativamente mais distorcida ou polarizada do que em comprimentos de onda de energia mais baixa. A luz óptica era mais polarizada do que as frequências de rádio.

No entanto, a direção da polarização foi a mesma para todos os comprimentos de onda e alinhada à direção do plano. A equipe descobriu que isso é consistente com modelos nos quais choques em aeronaves produzem ondas de choque que fornecem aceleração adicional ao longo do jato. Mais perto do choque, essa aceleração é máxima, produzindo raios-x. Ao longo do plano, as partículas perdem energia, resultando em luz de menor energia e depois emissão de rádio, com menos polarização.

“Quando a onda de choque atravessa a região, o campo magnético fica mais forte e a energia das partículas aumenta,” diz o astrônomo Alan Marcher da Universidade de Boston. “A energia vem da energia cinética do material que cria a onda de choque.”

Não está claro por que os choques ocorrem, mas um mecanismo possível é que o material mais rápido no jato alcance os agregados de movimento mais lento, criando colisões. Pesquisas futuras podem ajudar a confirmar essa hipótese.

Como os blazares estão entre os aceleradores de partículas mais poderosos do universo e um dos melhores laboratórios para entender a física extrema, essa pesquisa é uma peça muito importante do quebra-cabeça.

Pesquisas futuras continuarão a monitorar Markarian 501 e encaminhar o IXPE para outros blazars para ver se polarizações semelhantes podem ser detectadas.

Pesquisa publicada em astronomia natural.