Estranho buraco negro descoberto na Via Láctea com uma enorme dobra em seu disco

Uma equipe internacional de astrofísicos da África do Sul, Reino Unido, França e Estados Unidos encontrou grandes variações no brilho da luz vista em torno de um dos buracos negros mais próximos de nossa galáxia, a 9.600 anos-luz da Terra, que eles concluem ser causada por uma enorme urdidura em seu disco de acreção.

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Estranho buraco negro descoberto na Via Láctea com uma enorme dobra em seu disco
Estranho buraco negro descoberto na Via Láctea com uma enorme dobra em seu disco
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Este objeto, MAXI J1820 + 070, entrou em erupção como um novo transiente de raios-X em março de 2018 e foi descoberto por um telescópio de raios-X japonês a bordo da Estação Espacial Internacional. Esses transientes, sistemas que exibem explosões violentas, são estrelas binárias, consistindo em uma estrela de baixa massa, semelhante ao nosso Sol e um objeto muito mais compacto, que pode ser uma anã branca , estrela de nêutrons ou buraco negro . Nesse caso, MAXI J1820 + 070 contém um buraco negro com pelo menos 8 vezes a massa do nosso Sol.

As primeiras descobertas foram agora publicadas no periódico internacional altamente conceituado, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , cujo autor principal é o Dr. Jessymol Thomas, um pesquisador de pós-doutorado no Observatório Astronômico Sul-Africano (SAAO).

A descoberta apresentada no artigo foi feita a partir de uma extensa e detalhada curva de luz obtida ao longo de quase um ano por dedicados amadores ao redor do globo que fazem parte da AAVSO (American Association of Variable Star Observers). MAXI J1820 + 070 é um dos três transientes de raios-X mais brilhantes já observados, uma consequência tanto de sua proximidade com a Terra quanto de estar fora do plano obscuro de nossa Via Láctea . Por ter permanecido brilhante por muitos meses, isso possibilitou ser seguido por tantos amadores.

O professor Phil Charles, pesquisador da Universidade de Southampton e membro da equipe de pesquisa explicou, “o material da estrela normal é puxado pelo objeto compacto para o disco de acreção circundante de gás em espiral. Explosões massivas ocorrem quando o material no disco se torna quente e instável, se acumula no buraco negro e libera grandes quantidades de energia antes de atravessar o horizonte de eventos. Este processo é caótico e altamente variável, variando em escalas de tempo de milissegundos a meses. ”

A equipe de pesquisa produziu uma visualização do sistema, mostrando como uma enorme saída de raios-X emana de muito perto do buraco negro e irradia a matéria circundante, especialmente o disco de acreção, aquecendo-o a uma temperatura de cerca de 10.000K , que é visto como a luz visual emitida. É por isso que, à medida que a explosão de raios X diminui, o mesmo ocorre com a luz óptica.

Mas algo inesperado aconteceu quase 3 meses depois que a explosão começou, quando a curva de luz óptica começou uma modulação enorme – um pouco como girar um interruptor de dimmer para cima e para baixo e quase dobrar de brilho em seu pico – em um período de cerca de 17 horas. No entanto, não houve nenhuma mudança na produção de raios-X, que permaneceu estável. Embora pequenas modulações visíveis quase periódicas tenham sido vistas no passado durante outras explosões transitórias de raios-X, nada nesta escala tinha sido visto antes.

O que estava causando esse comportamento extraordinário? “Com o ângulo de visão do sistema mostrado na ilustração, pudemos rapidamente descartar a explicação usual de que os raios X estavam iluminando a face interna da estrela doadora porque o brilho estava ocorrendo na hora errada”, disse Prof. Charles. Nem poderia ser devido à variação da luz de onde o fluxo de transferência de massa atinge o disco conforme a modulação gradualmente se movia em relação à órbita.

Isso deixava apenas uma explicação possível, o enorme fluxo de raios-X irradiava o disco e o fazia deformar, como mostrado na foto. A distorção fornece um grande aumento na área do disco que pode ser iluminada, fazendo com que a saída de luz visual aumente dramaticamente quando vista no momento certo. Tal comportamento foi observado em binários de raios-X com doadores mais massivos, mas nunca em um buraco negro transiente com um doador de baixa massa como este. Ele abre um caminho completamente novo para estudar a estrutura e as propriedades dos discos de acreção empenados.

O Prof Charles continuou, “Este objeto tem propriedades notáveis ​​entre um grupo já interessante de objetos que têm muito a nos ensinar sobre os pontos finais da evolução estelar e a formação de objetos compactos. Já conhecemos algumas dezenas de sistemas binários de buracos negros em nossa galáxia, todos com massas na faixa de 5 a 15 solares. Todos eles crescem pelo acréscimo de matéria que testemunhamos de forma tão espetacular aqui. ”

Começando cerca de 5 anos atrás, um importante programa de ciência no Grande Telescópio da África do Sul (SALT) para estudar objetos transientes fez uma série de observações importantes de binários compactos, incluindo sistemas de buracos negros como MAXI J1820 + 070. Como o investigador principal deste programa, Prof Buckley, afirma “SALT é uma ferramenta perfeita para estudar a mudança de comportamento desses binários de raios-X durante suas explosões, que pode monitorar regularmente por períodos de semanas a meses e pode ser coordenado com observações de outros telescópios, incluindo os baseados no espaço. ”

Referência: “Grandes modulações ópticas durante a explosão de MAXI J1820 + 070 em 2018 revelam a evolução do disco de acreção deformado por meio da mudança de estado de raios-X” por Jessymol K Thomas, Philip A Charles, David AH Buckley, Marissa M Kotze, Jean-Pierre Lasota, Stephen B Potter, James F Steiner e John A Paice, 26 de outubro de 2021, Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3033

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