Satélite RXTE da NASA descodifica o ritmo de um buraco negro fora do comum

2014-08-20

Esta imagem da galáxia M82 é uma composição de dados do Chandra, do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio Espacial Spitzer. O buraco negro de massa intermédia, M82 X-1, é o objecto mais brilhante na inserção, perto do centro da galáxia. Crédito: NASA / H. Feng et al.
Os astrónomos descobriram as pulsações rítmicas de um tipo raro de buraco negro
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.
, a 12 milhões de 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, analisando dados de arquivo do satélite RXTE
Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE)
O observatório espacial de raios-X RXTE, da NASA, é uma missão que teve início em 1995 e ainda está a decorrer, e tem como objectivo observar, com extrema rapidez, buracos negros, estrelas de neutrões, pulsares de raios-X e fulgurações de raios-X. Uma grande vantagem do RXTE é a sua capacidade de observar alterações que ocorrem no brilho de fontes de raios-X, tanto num milésimo de segundo, como ao longo de anos.
(Rossi X-ray Timing Explorer), da 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.
.

Os sinais ajudaram os astrónomos a identificar o buraco negro de tamanho médio, fora do comum, designado M82 X-1 e que é a fonte 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.
mais brilhante da 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.
conhecida como Messier 82. A maioria dos buracos negros formados a partir de estrelas
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.
que morreram são de tamanho médio, medindo até cerca de 25 vezes a massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
do 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 a maior parte das grandes galáxias abrigam buracos negros gigantes que contêm dezenas de milhares de vezes mais massa.

"Entre os buracos negros estelares e os de grande massa é o deserto, havendo apenas um conjunto muito escasso de objectos, com cerca de meia dúzia de elementos, com massas inferidas correspondentes a valores intermédios", disse Tod Strohmayer, astrofísico do Goddard Space Flight Cente da NASA, em Greenbelt, Maryland.

Há aproximadamente uma década que os astrónomos do Goddard e da UMCP (Universidade de Maryland, College Park) suspeitavam que M82 X-1 fosse de tamanho médio, mas faltavam provas convincentes que o excluíssem do grupo dos buracos negros estelares.

"Por razões que são muito difíceis de entender, estes objectos têm resistido às técnicas de medição standards", disse Richard Mushotzky, professor de astronomia na UMCP.

Analisando observações realizadas com o RXTE, os investigadores encontraram alterações específicas no brilho
brilho
O brilho de um astro refere-se à quantidade de luz que dele provém, ou seja, a quantidade de energia por ele emitida por unidade de área por unidade de tempo. Dado que o brilho observado, ou medido, depende da distância ao objecto, distingue-se o brilho aparente (quando medido a uma determinada distância), do brilho intrínseco (conceptualmente medido na supefície do próprio astro).
de M82 X-1 que ajudaram a determinar a sua massa: cerca de 400 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.
.

À medida que o gás cai num buraco negro, aquece e emite raios-X. As variações no brilho de raios-X reflectem as mudanças que ocorrem no gás. A maior parte das flutuações rápidas acontecem perto do horizonte de eventos do buraco negro, o ponto além do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar.

A estas flutuações rítmicas dá-se o nome de oscilações quase-periódicas, ou QPOs (quasi-periodic oscillations). Para buracos negros estelares, os astrónomos estabeleceram que quanto maior é a massa, mais lentas são as QPOs, mas não conseguiam ter a certeza de que este padrão se aplicava a M82 X-1.

"Quando estudamos flutuações em raios-X provenientes de muitos buracos negros de massa estelar, vemos tanto QPOs lentas como rápidas, mas as rápidas muitas vezes vêm aos pares com uma relação rítmica específica de 3:2", explicou Dheeraj Pasham, estudante de pós-graduação da UMCP. Para cada três impulsos de um membro de um par QPO, o seu parceiro pulsa duas vezes.

Analisando seis anos de dados do RXTE, a equipa localizou variações de raios-X que se repetem de forma fiável 5,1 e 3,3 vezes por segundo, numa relação de 3:2. A presença em simultâneo de QPOs lentas e de um par mais rápido a um ritmo 3:2 define uma escala standard, permitindo aos astrónomos estenderem as relações confirmadas usadas para determinar as massas dos buracos negros de massa estelar.

Os resultados do estudo foram publicados a 17 de Agosto na edição online da revista Nature.

Lançado no final de 1995 e desactivado em 2012, o RXTE é uma das mais longas missões da NASA que servem a astrofísica. O seu legado único de medições continua a fornecer aos investigadores informações valiosas sobre os ambientes extremos das estrelas 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.
e dos buracos negros.

A nova missão de raios-X da NASA, a NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), tem lançamento previsto para a Estação Espacial Internacional no final de 2016. O investigador Pasham identificou seis potenciais buracos negros de massa intermédia que a NICER poderá ser capaz de explorar, procurando sinais semelhantes.

Um vídeo sobre este estudo pode ser visto aqui: https://www.youtube.com/watch?v=TSWZI2oUgnI

Fonte da notícia: http://www.nasa.gov/press/2014/august/nasas-rxte-satellite-decodes-the-rhythm-of-an-unusual-black-hole/#.U_SZjEhfFnQ