Novas descobertas sobre jactos de buracos negros

2004-06-11

Ilustração do sistema SS 433, com a indicação da direcção de observação a partir da Terra. Crédito: CXC/M. Weiss.
Após observações realizadas ao longo de um ano com o telescópio espacial de raios-X
raios-X
A radiação X é a radiação electromagnética cujo comprimento de onda está compreendido entre o ultravioleta e os raios gama, ou seja, pertence ao intervalo de aproximadamente 0,1 Å a 100 Å. Descobertos em 1895, os raios-X tambêm são, por vezes, chamados de raios de Röntgen em homenagem ao seu descobridor. A radiação X é altamente penetrante, o que a torna muito útil, por exemplo, para obter radiografias.
Chandra
Chandra X-ray Observatory
O observatório de raios-X Chandra, lançado em 1999, faz parte do projecto dos Grandes Observatórios Espaciais da NASA. O seu nome homenageia Subrahmanyan Chandrasekhar, Prémio Nobel da Física em 1983. O Chandra detecta fontes de raios-X a milhares de milhões de anos-luz de nós. Observar em raios-X é a única forma de observar matéria muito quente, a milhões de graus Célsius. O Chandra detecta raios-X de regiões de alta energia, como por exemplo remanescentes de supernovas.
(NASA
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Entidade norte-americana, fundada em 1958, que gere e executa os programas espaciais dos Estados Unidos da América.
), cientistas do Instituto de Tecnologia do Massachussetts (MIT, EUA) descobriram que os jactos produzidos por buracos negros
buraco negro
Um buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.
podem ser originados em regiões cinco vezes mais próximas do buraco negro do que se pensava.

As observações realizadas permitiram registar com maior detalhe a forma como estes jactos de partículas relativistas se modificam ao longo do tempo e em função da distância ao buraco negro. Este tipo de informação constitui uma nova técnica de determinação das massas
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
dos buracos negros.

O sistema estudado foi o sistema binário SS 433, um sistema da nossa galáxia
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
na constelação
constelação
Designa-se por constelação cada uma das 88 regiões em que se divide a abóbada celeste, por convenção de 1922.
da Águia, a cerca de 16 mil anos-luz
ano-luz (al)
O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
de distância. O buraco negro e a sua estrela
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
companheira encontram-se separados por uma distância que é cerca de dois terços da distância de Mercúrio
Mercúrio
Mercúrio é o planeta mais próximo do Sol. É o mais pequeno dos planetas rochosos, com um diâmetro cerca de 40% menor do que o da Terra.
ao Sol
Sol
O Sol é a estrela nossa vizinha, que se encontra no centro do Sistema Solar. Trata-se de uma estrela anã adulta (dita da sequência principal) de classe espectral G. A temperatura na sua superfície é aproximadamente 5800 graus centígrados e o seu raio atinge os 700 mil quilómetros.
, e o jacto relativista expele matéria a cerca de 26% da velocidade da luz
velocidade da luz
A velocidade da luz é a rapidez com que se propagam as ondas luminosas (ou radiação electromagnética). No vácuo, é igual a 299 790 km/s, sendo independente do referencial considerado.
.

Os cientistas acreditam que estes jactos podem ser produzidos por mecanismos semelhantes aos jactos que se observam em buracos negros de massa elevadíssima, como os quasares
quasar
Os quasares são objectos extragalácticos extremamente brilhantes e compactos. Hoje acredita-se que são o centro de galáxias muito energéticas ainda num estado inicial da sua evolução (são, pois, núcleos galácticos activos - NGAs) e a sua energia provém de um buraco negro de massa muito elevada. Os seus desvios para o vermelho indicam que se encontram a distâncias cosmológicas. O seu nome, quasar, vem do inglês quasi-stellar object, ou seja, objecto quase estelar, devido à semelhança da sua imagem em placas fotográficas com a imagem de uma estrela.
. Crê-se que estes jactos são produzidos à medida que a matéria do disco de acreção
disco de acreção
Disco composto por gás e poeira interestelares que pode circundar buracos negros, estrelas de neutrões, variáveis cataclísmicas, ou estrelas em formação.
interage com o fortíssimo campo magnético
campo magnético
O campo magnético é a região em torno de um corpo na qual é detectada uma força magnética. Os campos magnéticos actuam apenas em partículas electricamente carregadas. Campos magnéticos fracos são por exemplo gerados por efeito de dínamo no interior dos planetas e luas, enquanto que campos magnéticos mil milhões de vezes mais fortes podem ser gerados em estrelas e galáxias. Os campos magnéticos são capazes de controlar o movimento de gás ionizado e até moldar a forma dos corpos por eles actuados.
existente em torno do buraco negro. Mas os quasares encontram-se a uma distância tal que não nos é possível observar variações no tempo destes jactos, visto a escala de tempo ser demasiado longa. Assim, o sistema SS 433 constitui uma espécie de laboratório local (por se encontrar próximo de nós) no qual podemos estudar a formação e as condições físicas em jactos relativistas.

No caso de SS 433, dado o ângulo de observação a partir da Terra, um dos jactos parece afastar-se de nós enquanto o outro é expelido ligeiramente na nossa direcção. A estrela companheira do buraco negro eclipsa (ou oculta) periodicamente algumas partes dos jactos, e os cientistas usam esta ocultação
ocultação
Designa-se por ocultação a ausência de luz proveniente de um objecto celeste devido à sua passagem por detrás de outro objecto celeste. Por exemplo, o eclipse do Sol é uma ocultação do Sol.
para poder estudar mais facilmente outras regiões dos jactos normalmente menos acessíveis.

Usando as capacidades espectroscópicas do Chandra, os cientistas mediram várias características dos jactos, obtendo-se assim a visão mais completa até à data da estrutura destes objectos. Determinaram a extensão da região dos jactos que é emissora de raios-X, com cerca de 5 vezes a distância da Terra à Lua
Lua
A Lua é o único satélite natural da Terra.
, e mediram a variação da temperatura ao longo do jacto, caindo de 100 milhões de graus Celsius na região mais interna para cerca de 10 milhões de graus na região mais afastada. Determinaram ainda as abundâncias químicas
abundância química
A abundância química de um determinado elemento químico é o número relativo de átomos ou isótopos desse elemento num objecto ou estrutura.
de ferro, silício, entre outros, e estimaram o ângulo de abertura do jacto. Usando esta informação foi possível concluir que a base do jacto se encontra afinal 5 vezes mais próxima do buraco negro do que se pensava. Concluíram ainda que o buraco negro tem provavelmente uma massa da ordem das 16 massas solares
massa solar
Massa solar é a quantidade de massa existente no Sol e, simultaneamente, a unidade na qual os astrónomos exprimem as massas das estrelas, nebulosas e galáxias. Uma massa solar é igual a 1,989x1030 kg.
.

Durante muitos anos, especulou-se sobre se SS 433 continha um buraco negro ou antes uma estrela de neutrões
estrela de neutrões
Uma estrela de neutrões é o remanescente de uma estrela de massa elevada que explodiu como supernova. Trata-se de um objecto muito compacto constituído essencialmente por neutrões, com apenas cerca de 10 a 20 km de diâmetro, uma densidade média entre 1013 e 1015 g/cm3, uma temperatura central de 109 graus e um intenso campo magnético de 1012 gauss.
. A estimativa agora conseguida de 16 massas solares para o objecto em causa rejeita em definitivo a segunda hipótese, visto ser um valor demasiado elevado para uma estrela de neutrões
neutrão
Partícula que, juntamente com o protão, constitui os núcleos atómicos. Exceptuando o hidrogénio, todos os átomos têm neutrões, e é o número de neutrões que determina o isótopo de determinado elemento químico. Os neutrões têm carga eléctrica neutra. Os neutrões são formados por três quarks (dois "d" e um "u"), são bariões (e hadrões) e o seu spin é um número semi-inteiro. Os neutrões livres declinam por decaímento beta, com um tempo de semi-vida de 10,8 minutos, originando um protão, um electrão e um neutrino. No núcleo atómico, o neutrão é tão estável quanto o protão.
.

Estas observações vieram mostrar que SS 433 é uma excelente oportunidade para estudar a origem, evolução, e comportamento a longo prazo dos jactos.

Fonte da notícia: http://chandra.harvard.edu/press/04_releases/press_010504.html