Astrónomos observam potencial inversão magnética em torno de um buraco negro supermassivo

NASA / Universidade Estatal de Sonoma, Aurore Simonnet

Esta ilustração mostra o disco de acreção, a coroa (redemoinhos pálidos e cónicos acima do disco) e o buraco negro supermassivo da galáxia ativa 1ES 1927+654 antes da sua recente erupção.

Uma explosão rara e enigmática de uma galáxia a 236 milhões de anos-luz pode ter sido desencadeada por uma inversão magnética, uma inversão espontânea do campo magnético que rodeia o seu buraco negro central.

Num novo estudo, uma equipa associa as características invulgares da erupção a alterações no ambiente do buraco negro que provavelmente seriam desencadeadas por uma tal inversão magnética.

“Mudanças rápidas na luz visível e ultravioleta foram observadas em algumas dezenas de galáxias semelhantes a esta”, disse Sibasish Laha, cientista investigador da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no mesmo estado norte-americano.

“Mas este evento marca a primeira vez que vimos os raios-X a desaparecerem completamente enquanto os outros comprimentos de onda aumentaram de brilho.”

O artigo científico que descreve as descobertas, liderado por Laha, foi aceite para publicação na The Astrophysical Journal.

A equipa analisou observações novas e de arquivo em todo o espectro. O observatório Neil Gehrels Swift da NASA e o XMM-Newton da ESA forneceram medições de raios UV e raios-X.

As observações no visível vieram do TNG (Telescopio Nazionale Galileo) de 3,6 metros e do GTC (Gran Telescopio Canarias) de 10,4 metros, ambos localizados na ilha de La Palma, Ilhas Canárias, Espanha.

As medições de rádio foram adquiridas pelo VLBA (Very Long Baseline Array), uma rede de 10 radiotelescópios localizados nos Estados Universo; pelo VLA (Very Large Array) no estado do Novo México; e pela Rede Europeia VLBI (Very Long Baseline Interferometry).

No início de março de 2018, o levantamento ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae) alertou os astrónomos de que uma galáxia chamada 1ES 1927+654 tinha aumentado de brilho quase 100 vezes no visível.

Uma pesquisa por deteções anteriores, pelo ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) da NASA, mostrou que a erupção tinha começado meses antes, no final de 2017.

Quando o Swift examinou pela primeira a galáxia, em maio de 2018, a sua emissão ultravioleta era 12 vezes maior, mas decrescia constantemente, indicando um pico anterior não observado. Depois, em junho, a emissão de raios-X mais energéticos da galáxia desapareceu.

“Foi muito emocionante mergulhar no estranho episódio explosivo desta galáxia e tentar compreender os possíveis processos físicos em ação”, disse José Acosta-Pulido, coautor no IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) em Tenerife.

A maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa Via Láctea, alberga um buraco negro supermassivo com milhões a milhares de milhões de vezes a massa do Sol. Quando a matéria cai na sua direção, primeiro reúne-se numa estrutura vasta e achatada chamada disco de acreção.

À medida que o material espirala lentamente para o interior, aquece e emite luz visível, luz ultravioleta e raios-X menos energéticos. Perto do buraco negro, uma nuvem de partículas extremamente quentes – chamada coroa – produz raios-X mais energéticos. A luminosidade destas emissões depende da quantidade de material que flui em direção ao buraco negro.

“Uma interpretação anterior da erupção sugeriu que foi desencadeada por uma estrela que passou tão perto do buraco negro que foi dilacerada, perturbando o fluxo de gás”, disse o coautor Josefa Becerra González, também do IAC. “Mostrámos que um tal evento desvaneceria mais rapidamente do que este surto.”

O desaparecimento único da emissão de raios-X fornece aos astrónomos uma importante pista. Eles suspeitam que o campo magnético do buraco negro cria e sustenta a coroa, pelo que qualquer alteração magnética poderia impactar as propriedades dos seus raios-X.

“Uma inversão magnética, onde o polo norte se torna sul e vice-versa, parece encaixar melhor nas observações”, disse o coautor Mithcell Begelman, professor no departamento de ciências astrofísicas e planetárias da Universidade do Colorado, Boulder.

Ele e colegas, o investigador pós-doutorado e coautor Nicolas Scepi e o professor Jason Dexter, desenvolveram o modelo magnético. “O campo enfraquece inicialmente na periferia do disco de acreção, levando a um maior aquecimento e luminosidade na luz visível e UV,” explicou.

À medida que a inversão avança, o campo torna-se tão fraco que já não consegue suportar a coroa – a emissão de raios-X desaparece. O campo magnético fortalece-se então gradualmente na sua nova orientação.

Em outubro de 2018, cerca de 4 meses após o seu desaparecimento, os raios-X voltaram, indicando que a coroa tinha sido totalmente restaurada. No verão de 2021, a galáxia tinha regressado completamente ao seu estado pré-erupção.

É provável que as inversões magnéticas sejam acontecimentos comuns no cosmos. O registo geológico mostra que o campo da Terra se inverte de forma imprevisível, com uma média de algumas inversões a cada milhão de anos. O Sol, em contraste, sofre uma inversão magnética como parte do seu ciclo normal de atividade, alternando os polos norte e sul aproximadamente a cada 11 anos.

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