NASA encontra resposta para dúvida sobre buracos negros

Como os raios X são gerados em ambientes extremos, como buracos negros? Essa pergunta de longa data, agora, tem uma resposta plausível graças a uma descoberta da NASA em missão realizada em parceria com a Agência Espacial Italiana (ASI, na sigla em italiano).

Em resumo, os cientistas propõem que as interações entre elétrons em movimento rápido e partículas de luz, chamadas fótons, levam a essa emissão de raios X. O estudo detalhado ainda será publicado na revista Astrophysical Journal Letters, mas já está disponível no servidor de pré-impressão arXiv.

A conclusão partiu de análise feita pelo Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA em colaboração com telescópios de rádio e ópticos no blazar BL Lacertae, buraco negro supermassivo cercado por disco brilhante e jatos orientados para a Terra.

NASA, desenha pra gente, por favor?

• A NASA divulgou concepção artística (logo acima) mostrando a região central do blazar BL Lacertae;
• O buraco negro central da galáxia é cercado por redemoinhos de laranja em vários tons, representando o disco de acreção de material que cai em direção ao buraco negro;
• Embora sejam conhecidos por puxar material, esse processo de acreção pode resultar na ejeção de jatos de elétrons quase à velocidade da luz;
• O jato de matéria é representado pelo cone de luz que começa no centro do buraco negro e se alarga à medida que atinge a parte inferior da imagem;
• Ele é riscado com linhas brancas, rosa e roxas que representam campos magnéticos em forma de hélice. Podemos observar esses jatos em muitos comprimentos de onda de luz, incluindo rádio, óptico e raios X.

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Desvendando a mágica…

Os cientistas tinham duas explicações possíveis para os raios X, uma envolvendo prótons e outra envolvendo elétrons. As teses consideram diferentes polarizações da luz de raios, ou seja, a direção média das ondas eletromagnéticas:

• Se os raios X nos jatos de um buraco negro forem altamente polarizados, isso significaria que os raios X são produzidos por prótons girando no campo magnético do jato ou por prótons interagindo com os fótons do jato;
• Se os raios X tiverem grau de polarização mais baixo, isso sugeriria que as interações elétron-fótons levam à produção de raios X.  

Após análises, os cientistas identificaram que os elétrons são responsáveis por processo chamado espalhamento Compton, que ocorre quando um fóton perde ou ganha energia após interagir com uma partícula carregada (geralmente um elétron).

Dentro dos jatos de buracos negros supermassivos, os elétrons se movem próximos à velocidade da luz. O IXPE ajudou os cientistas a descobrir que, no caso de um jato de blazar, os elétrons têm energia suficiente para espalhar fótons de luz infravermelha até comprimentos de onda de raios X. 

O BL Lacertae foi observado, inicialmente, pelo IXPE, no final de novembro de 2023 por sete dias, com vários telescópios terrestres que mediram a polarização óptica e de rádio simultaneamente.