Os astrônomos estão usando 100 buracos negros supermassivos recém-descobertos como laboratório para experimentos de física extrema.
Esses buracos negros são apelidados de ‘blazars’ porque estão atirando jatos explosivos de matéria e radiação diretamente na Terra. Os ambientes extremos dos buracos negros são perfeitos para testar a física até seu limite, disse um dos autores do estudo em comunicado.
“Eles nos fornecem oportunidades para estudar as teorias da relatividade, para entender melhor como as partículas se comportam em altas energias, para estudar fontes potenciais de raios cósmicos que chegam aqui na Terra e para estudar a evolução e formação de buracos negros supermassivos e seus jatos, ” Abe Falcon, líder do grupo de astrofísica de alta energia na Penn State, disse em uma declaração de 10 de maio (abre em nova aba).
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Os blazares são lançados quando parte da matéria que cerca um buraco negro supermassivo não cai em sua superfície, mas se canaliza para os pólos do buraco negro a velocidades próximas à da luz. Como a atividade dos jatos está diretamente ligada à forma como os buracos negros supermassivos acumulam massa, desvendar esse fenômeno pode mostrar como esses titãs cósmicos crescem para massas equivalentes a milhões ou até bilhões de vezes a do sol.
“Como o jato de um blazar está apontado diretamente para nós, podemos vê-los muito mais longe do que outros sistemas de buracos negros, semelhante a como uma lanterna parece mais brilhante quando você está olhando diretamente para ela”, autor principal da pesquisa e Penn State estudante de pós-graduação em astronomia e astrofísica, Stephen Kerby, disse no mesmo comunicado. “Os blazares são empolgantes de estudar porque suas propriedades nos permitem responder a perguntas sobre buracos negros supermassivos em todo o universo”.
A equipe encontrou os novos blazares enquanto observava emissões cósmicas não classificadas de alta energia com telescópios. Esses blazares recém-identificados são fracos em comparação com exemplos típicos desses poderosos objetos cósmicos, que muitas vezes podem ofuscar a luz combinada de todas as estrelas da galáxia que os hospedam. Os blazers mais escuros permitiram que a equipe testasse uma teoria controversa sobre as emissões blazar, chamada de ‘sequência blazar’.
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Blazares emitem luz em todo o espectro eletromagnético, variando de luz de baixa energia, como ondas de rádio, até raios gama extremamente energéticos. No entanto, o espectro de luz dos blazares tende a atingir o pico em dois comprimentos de onda específicos: em comprimentos de onda de raios gama e em uma faixa de comprimentos de onda de baixa energia. (O comprimento de onda exato desses picos varia de blazar para blazar e pode mudar com o tempo.)
A teoria da sequência blazar prevê que o pico de energia mais baixa para blazares brilhantes será mais próximo do vermelho (ou extremidade de energia mais baixa) do espectro eletromagnético do que o mesmo pico para blazares mais escuros. Observações para confirmar a teoria têm sido difíceis de obter, no entanto.
“Com nossos telescópios atualmente em operação, é realmente muito difícil detectar e classificar os blazares de pico de baixa energia – vermelhos – que também são escuros, enquanto é muito mais fácil encontrar esses blazars quando seus picos estão em energias mais altas ou quando são brilhantes. “, disse Falcone.
A pesquisa mais recente, por outro lado, visa começar a “explorar a sequência do blazar, aprofundando-se nas luminosidades mais baixas dos blazares com picos de baixa energia e alta energia”, acrescentou.
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A equipe examinou um catálogo de fontes de raios gama detectadas pelo Fermi Large Area Telescope, encontrando emissões de alta energia que ainda não haviam sido relacionadas a um pico de baixa energia da mesma fonte. Para cada blazar visto em raios gama, os astrônomos encontraram uma emissão correspondente em raios-X, luz ultravioleta ou luz visível detectada pelo Observatório Neil Gehrels Swift. Obter os dados do arquivo Swift ajudou a equipe a caracterizar a luz de 106 novos dim blazars.
“As observações do telescópio Swift nos permitiram identificar as posições desses blazares com muito mais precisão do que apenas com os dados do Fermi”, explicou Kerby. “Reunir todos esses dados de emissão, combinados com duas novas abordagens técnicas, nos ajudou a identificar onde no espectro eletromagnético ocorre o pico de baixa energia para cada um dos blazares”.
Ajudando na busca estava o aprendizado de máquina (uma forma de inteligência artificial) e a modelagem física, ambos confirmando que a amostra de blazares escuros geralmente atinge o pico na luz azul de alta energia.
No futuro, a equipe tentará usar esse conjunto de dados para fazer previsões sobre os blazares que ainda são muito fracos para os astrônomos detectarem diretamente.
“Ainda existem milhares de fontes não associadas de Fermi para as quais não encontramos nenhuma contraparte de raios-X, e é uma suposição bastante segura de que muitas dessas fontes também são blazares que são muito fracos nos raios-X para que possamos detectá-los”. Kerby disse.
Este estudo futuro também pode permitir que a equipe teste ainda mais a sequência do blazar. O novo trabalho também pode mostrar a força do campo magnético de um jato blazar e a velocidade com que as partículas carregadas dentro dele se movem, disse Kerby.
“É importante sempre trabalhar para expandir nossos conjuntos de dados para alcançar fontes cada vez mais dimmer, porque isso torna nossas teorias mais completas e menos propensas a falhas de vieses inesperados”, disse o aluno de pós-graduação. “Estou animado para novos telescópios para sondar blazares ainda mais escuros no futuro.”
A pesquisa da equipe foi aceita para publicação no Astrophysical Journal e foi publicada no servidor de pré-impressão arXiv (abre em nova aba) em 3 de maio.
