Os astrónomos usaram o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para observar as explosões de Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea, sob uma nova luz. A nova modelagem destas observações poderá ajudar os cientistas a descobrir como os buracos negros lançam estas explosões, bem como revelar o papel que os campos magnéticos desempenham na escultura da matéria em torno destes titãs cósmicos.
A equipe, incluindo Sebastiano von Fellenberg do Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, Alemanha, observou explosões de Sagitário A* (Sgr A*) no regime do infravermelho médio pela primeira vez. As explosões já foram observadas rotineiramente no regime do infravermelho próximo e em outros comprimentos de onda de luz, com cada uma oferecendo uma visão diferente das mesmas explosões. Isso ocorre porque todas as mudanças que acontecem em um buraco negro o clarão após seu lançamento e antes de desaparecer não está presente em todos os diferentes comprimentos de onda de luz. Assim, as observações de uma erupção em diferentes comprimentos de onda podem ajudar a compreender melhor os mecanismos que os buracos negros usam para lançar erupções e as escalas de tempo ao longo das quais estas erupções evoluem.
“Os dados do infravermelho médio são emocionantes, porque, graças aos novos dados do JWST, podemos preencher a lacuna entre os regimes de rádio e infravermelho próximo, que eram um ‘buraco’ no espectro de Sgr A*”, disse von Fellenberg ao Space.com. “Por um lado, a nossa explosão no infravermelho médio parece uma típica explosão no infravermelho próximo, por isso sabemos agora que as explosões também ocorrem no regime do infravermelho médio – e isto não é trivial, pois, por exemplo, a variabilidade do rádio parece bastante diferente, e não vemos picos pronunciados semelhantes a explosões na curva de luz.”
“Ao mesmo tempo”, continuou von Fellenberg, “o resultado vai mais longe”.
Pela primeira vez, explicou ele, a equipe conseguiu observar a fonte em quatro comprimentos de onda diferentes simultaneamente com um único instrumento. Isso lhes permitiu medir o que é conhecido como índice espectral do infravermelho médio.
Chegando ao fundo da explosão do buraco negro
Um dos aspectos mais famosos dos buracos negros é que eles são limitados por uma região externa chamada “horizonte de eventos”, na qual a influência gravitacional de um buraco negro se torna tão grande que nem mesmo a luz se move rápido o suficiente para escapar de seu controle e faz uma viagem só de ida para o singularidade em seu coração. Isso significa que os buracos negros não emitem luz ou radiação eletromagnética.
Para ser justo, isto pode fazer com que pareça um pouco estranho estudar Sgr A*, um buraco negro com uma massa equivalente à de mais de 4 milhões de sóis, em quaisquer comprimentos de onda de radiação eletromagnética.
No entanto, o buraco negro supermassivo central da nossa galáxia emite regularmente explosões de luz. Ainda não se sabe exatamente o que causa estes “arrotos”, mas simulações de buracos negros supermassivos indicaram que pode ser o resultado de interações entre campos magnéticos circundantes. Quando as linhas do campo magnético se tocam e se conectam, uma grande quantidade de energia é liberada e, como subproduto, libera um tipo de radiação chamada “radiação síncrotron”.
O facto de o índice espectral do infravermelho médio da erupção Sgr A* mudar ao longo da vida da explosão revelou à equipa que um fenómeno chamado “arrefecimento síncrotron” está a ocorrer em torno de Sgr A*. O resfriamento síncrotron acontece quando elétrons em alta velocidade perdem energia ao emitir a radiação síncrotron mencionada acima. Esta energia está alimentando as emissões observadas no infravermelho médio.
“Na ausência de observações multifrequenciais de alta sensibilidade, a presença deste comportamento esperado não tinha sido confirmada antes”, disse von Fellenberg. “O que é legal nisso é que, como a velocidade desse resfriamento, a escala de tempo de resfriamento, depende da intensidade do campo magnético, agora podemos medi-lo para uma determinada explosão.”
O pesquisador explicou que embora a intensidade do campo magnético tenha sido mensurável com explosões no infravermelho próximo, essas medições não permitiram aos cientistas medi-la independentemente de outros parâmetros, como o número total de elétrons na região da emissão.
“Esta nova forma de determinar a intensidade do campo magnético é particularmente útil porque é bastante ‘limpa’, pois não são necessárias muitas suposições para a medição”, continuou von Fellenberg. “Isso é muito útil para modelos teóricos, que são pouco restritos nesse aspecto para Sgr A*, porque as intensidades do campo magnético são muito importantes.”
Os cientistas explicaram que estas observações não teriam sido possíveis sem o JWST e, em particular, o modo de operação do Espectrômetro de Média Resolução (MRS) do seu Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI).
“Para obter uma sensibilidade tão elevada no infravermelho médio, é necessário ir ao espaço, já que a atmosfera atrapalha gravemente as observações terrestres neste comprimento de onda”, disse von Fellenberg. “Além disso, o instrumento MIRI/MRS é o primeiro instrumento a fornecer uma cobertura de comprimento de onda tão ampla para Sgr A*, um pré-requisito para medir o índice espectral, por isso é realmente um golpe duplo!”
A pesquisa da equipe está disponível no site do repositório de artigos arXivcom dois documentos complementares também publicado no site.
