Pesquisadores da Michigan State University investigaram o comportamento do buraco negro supermassivo Sagitário A* no centro da nossa galáxia, concentrando-se no consumo de material próximo e nas explosões de raios X resultantes. Eles usaram ecos de explosões passadas para estudar a atividade histórica do buraco negro, revelando que ele consumia frequentemente material e era significativamente mais brilhante no passado.
Os cientistas estudaram a atividade passada de Sagitário A*, o supermassivo buraco negro na nossa galáxia, analisando ecos de luz de explosões de raios X, indicando consumo frequente de material no passado e um estado historicamente mais brilhante.
O buraco negro supermassivo no coração da nossa via Láctea Galaxy é um monstro silencioso. No entanto, Sagitário A* (ou Sgr A*, abreviadamente) não está totalmente adormecido. Ocasionalmente, ele engole uma bolha de gás molecular ou até mesmo uma estrela e depois sofre um pouco de indigestão. Isso emite explosões de raios X para o espaço circundante.
Sgr A* é o buraco negro supermassivo mais próximo da Terra, a uma distância de 26.000 anos-luz. Estudar o ambiente próximo é difícil devido à intensa atração gravitacional do buraco negro. Distorce a visão de objetos próximos, dificultando sua observação. No entanto, existem maneiras de fazer isso observando o efeito de suas explosões nas nuvens moleculares próximas. Os astrônomos encontraram recentemente ecos centenários de explosões até então desconhecidas que ocorreram muito antes de existirem telescópios para observá-las. Esses ecos indicam que Sgr A* come com bastante frequência.
A pesquisadora da Michigan State University, Grace Sanger-Johnson, encontrou nove erupções de raios X anteriormente não descobertas em Sagitário A*, o buraco negro supermassivo central da Via Láctea, examinando dados de raios X de uma década. Esta imagem da NASA, publicada há mais de uma década, mostra um exemplo de explosão de raios X. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Dois pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan – Grace Sanger-Johnson e Jack Uteg – estudaram detalhadamente as explosões e seus ecos de luz. O que encontraram mostra atividade em Sgr A* num passado muito distante, quando Sgr A* ingeriu material. As emissões de raios X dessa atividade viajaram durante centenas de anos desde Sgr A* para ricochetear e iluminar uma nuvem molecular próxima. Isso criou um eco de luz que viajou por mais cerca de 26 mil anos antes de chegar à Terra. Então, quando Uteg e Sanger estudaram essas explosões e ecos de luz, eles estavam literalmente olhando para o passado.
Procurando por explosões de raios X Sgr A* com NuSTAR
Sanger-Johnson analisou dados de dez anos em busca de explosões de raios X geradas pelos hábitos alimentares do Sgr A*. Durante a busca, ela encontrou evidências de mais nove explosões desse tipo.
As explosões são normalmente bastante dramáticas. Por serem tão brilhantes, proporcionam aos astrónomos a oportunidade de estudar o ambiente imediato em torno do buraco negro. Os dados estudados por Sanger-Johnson vieram da missão NuSTAR. Ele se concentra nas emissões de raios X e raios gama de alta energia. Normalmente vêm de regiões ativas no coração das galáxias, explosões de supernovas e outros eventos ativos.
Os dados que Sanger-Johnson coletou e analisou agora são um banco de dados de explosões do Sgr A. “Esperamos que, ao construir este banco de dados sobre as erupções de Sgr A, nós e outros astrônomos possamos analisar as propriedades dessas erupções de raios X e inferir as condições físicas dentro do ambiente extremo do buraco negro supermassivo”, disse Sanger-Johnson. .
Os astrônomos sabem sobre as explosões do Sgr A* a partir de outras observações. Aqui está uma vista do Imaging X-ray Polarimetry Explorer da NASA e do Chandra X-ray Observatory. A combinação de dados do IXPE e do Chandra ajudou os investigadores a determinar que a luz de raios X identificada nas nuvens moleculares teve origem em Sagitário A* durante uma explosão há aproximadamente 200 anos. Crédito: Chandra: NASA/CXC/SAO; IXPE: NASA/MSFC/F. Marin et al; Crédito de Sonificação: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)
Rastreando os Ecos dos Flares
Enquanto Sanger-Johnson trabalhava com o NuSTAR dados, o pesquisador Jack Uteg estudou a atividade em torno do buraco negro. Ele analisou 20 anos de dados sobre uma nuvem molecular gigante chamada “a Ponte”. Os dados vieram de observações feitas pelo NuSTAR e pelo Agência Espacial Europeiado observatório XMM-Newton. A ponte fica perto de Sgr A* e normalmente não emite luz própria.
Então, os astrônomos perceberam quando ele brilhou em raios X, de acordo com Uteg, que está construindo uma linha do tempo de Sgr A.de explosões passadas. “O brilho que vemos é provavelmente o reflexo atrasado de explosões anteriores de raios X de Sgr A”, disse ele. “Observámos pela primeira vez um aumento na luminosidade por volta de 2008. Depois, durante os 12 anos seguintes, os sinais de raios X da Ponte continuaram a aumentar até atingir o brilho máximo em 2020.”
O trabalho de Uteg ajudou os astrónomos a determinar que Sgr A* era cerca de cinco ordens de magnitude mais brilhante em raios X do que é agora. Esse brilho indica que o nosso buraco negro supermassivo central provavelmente canibalizou uma nuvem de gás próxima. E o brilho revelou outras propriedades, segundo Uteg. “Uma das principais razões pelas quais nos preocupamos com o aumento do brilho desta nuvem é que ela nos permite restringir o quão brilhante foi a explosão de Sgr A* no passado”, disse ele.
Ilustração da espaçonave NuSTAR, que possui um mastro de 30 pés (10 metros) que separa os módulos ópticos (direita) dos detectores no plano focal (esquerda). Esta separação é necessária para o método utilizado para detectar raios X. Crédito: NASA/JPL-Caltech
O que esses ecos de luz do Sgr A* revelam
Graças ao trabalho de Sanger-Brown e Uteg, os astrônomos têm outra maneira de contornar as dificuldades de observação em torno de buracos negros. “Tanto os sinalizadores quanto os fogos de artifício iluminam a escuridão e nos ajudam a observar coisas que normalmente não conseguiríamos”, disse ela. “É por isso que os astrónomos precisam de saber quando e onde estas explosões ocorrem, para que possam estudar o ambiente do buraco negro usando essa luz.”
Os astrónomos sabem que o buraco negro engole material próximo numa base variável, mas estas descobertas ajudam-nos a restringir a frequência com que isso acontece e como as explosões resultantes afectam a vizinhança próxima. Muitas questões permanecem sobre a frequência com que essas crises ocorrem e aconteceram no passado, de acordo com o professor assistente da MSU, Shuo Zhang, que atuou como líder da equipe nesses dois estudos.
“Esta é a primeira vez que construímos uma variabilidade de 24 anos para uma nuvem molecular em torno do nosso buraco negro supermassivo que atingiu o seu pico de luminosidade de raios-X”, disse Zhang. “Isso nos permite contar a atividade passada do Sgr A* de cerca de 200 anos atrás. Nossa equipe de pesquisa na MSU continuará este ‘jogo de astroarqueologia’ para desvendar ainda mais os mistérios do centro da Via Láctea.”
Os resultados do trabalho da equipe da MSU foram apresentados na reunião do verão de 2024 da Sociedade Astronômica Americana.
Adaptado de artigo publicado originalmente em Universo hoje.
Para mais informações sobre esta descoberta, consulte Desvendando o Monstro Buraco Negro no Núcleo da Nossa Galáxia.
