Observatório espacial da NASA desvenda mistério sobre a formação de raios-x em buracos negros

Os investigadores, que partilharam as suas conclusões num artigo que será publicado em breve na revista científica Astrophysical Journal Letters, usaram dados de observações feitas pelo IXPE em 2023, combinando-os com dados recolhidos por telescópios terrestres. 

De acordo com a NASA, existiam duas explicações possíveis para a formação de raios-x em buracos negros supermassivos: a primeira envolvia protões e a segunda eletrões. Cada uma destas hipóteses deixaria uma assinatura diferente na polarização da luz dos raios-X

Se os raios-x presentes nos jatos emitidos por um buraco negro fossem altamente polarizados, tal significa que eram produzidos por protões a girar no campo magnético do jato, ou por protões que interagem com os fotões presentes no jato. 

Por outro lado, se o nível de polarização fosse mais baixo, tal indicaria que a origem está na interação entre eletrões e fotões. 

“Este era um dos maiores mistérios sobre os jatos emitidos por buracos negros”, afirma Iván Agudo, autor pincipal do estudo, citado pela NASA. “E o IXPE, com ajuda de um conjunto de telescópios terrestres, deu-nos finalmente as ferramentas para o desvendar”. 

Os investigadores sugerem que a resposta para o mistério estará, afinal, nos eletrões, através de um processo conhecido como efeito Compton. Este fenómeno acontece quando um fotão perde ou ganha energia depois de interagir com uma partícula com carga, tipicamente um eletrão. 

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No interior dos jatos emitidos por buracos negros supermassivos, os eletrões movem-se quase à velocidade da luz. O IXPE ajudou os cientistas a perceber que, no caso do jato de um blazar (um tipo específico de núcleos de galáxia ativa), os eletrões conseguem transferir parte da sua energia para fotões de luz infravermelha, transformando-os em raios-x. 

No final de 2023, o IXPE observou o blazer BL Lacertae, na constelação de Lacerta, ao longo de sete dias. As observações permitiram verificar que a polarização da luz ótica do blazar tinha atingido a marca dos 47,5%, um valor nunca antes registado em qualquer objeto deste tipo. 

Apesar da elevada polarização ótica, os raios-x observados pelo IXPE revelaram-se muito menos polarizados, não ultrapassando 7,6%. A diferença mostra que a interação entre eletrões e protões, através do efeito Compton, explica a formação dos raios-x, avançam os investigadores.

“O IXPE conseguiu resolver mais um mistério relacionado com buracos negros”, afirma Enrico Costa, um dos cientistas que concebeu a missão e que a propôs à NASA. “A visão polarizada do IXPE já ajudou a resolver vários mistérios antigos, e este é um dos mais importantes”, realça.