Uma equipe internacional de astrofísicos de Southampton, Oxford e a África do Sul detectaram um clima muito quente, fluxo de vento denso próximo a um buraco negro de pelo menos 25, 000 anos-luz da Terra.

O pesquisador líder, Professor Phil Charles, da Universidade de Southampton, explicou que o gás (hélio ionizado e hidrogênio) foi emitido em rajadas que se repetiam a cada 8 minutos, a primeira vez que esse comportamento foi visto em um buraco negro. Os resultados foram publicados na revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

O objeto que a equipe do professor Charles estudou foi o Swift J1357.2-0933, que foi descoberto pela primeira vez como um transiente de raios-X - um sistema que exibe explosões violentas - em 2011. Todos esses transientes consistem em uma estrela de baixa massa, semelhante ao nosso Sol e um objeto compacto, que pode ser uma anã branca, estrela de nêutrons ou buraco negro. Nesse caso, O Swift J1357.2-0933 tem um objeto compacto de buraco negro que tem pelo menos 6 vezes a massa do nosso sol.

O material da estrela normal é puxado pelo objeto compacto para um disco entre os dois. Explosões massivas ocorrem quando o material do disco fica quente e instável e libera grandes quantidades de energia.

O professor Charles disse:"O que foi particularmente incomum neste sistema foi que os telescópios terrestres revelaram que seu brilho óptico exibia quedas periódicas em sua produção e que o período dessas quedas mudava lentamente de cerca de dois minutos para cerca de 10 minutos com a explosão Este comportamento estranho nunca foi visto em qualquer outro objeto.

"A causa desses notáveis, as quedas rápidas têm sido um tema quente do debate científico desde sua descoberta. Portanto, foi com grande entusiasmo que os astrônomos saudaram a segunda explosão deste objeto em meados de 2017, apresentando uma oportunidade de estudar este comportamento estranho em maiores detalhes. "

O professor Charles e sua equipe reconheceram que a chave para obter a resposta era obter espectros ópticos várias vezes durante cada ciclo de mergulho, essencialmente estudando como sua cor mudou com o tempo. Mas com o objeto cerca de 10, 000 vezes mais fraca do que a estrela mais fraca visível a olho nu e o período de mergulho de apenas cerca de 8 minutos, um telescópio muito grande teve que ser usado.

Então, eles usaram SALT, o Grande Telescópio da África Austral, o maior telescópio óptico do hemisfério sul.

A Universidade de Southampton é um dos parceiros fundadores do SALT no Reino Unido, e junto com seus colaboradores sul-africanos, fazem parte de um Grande Programa de Ciências com vários parceiros para estudar todos os tipos de transientes. O SALT não só tem a grande área de coleta necessária (tem um espelho de 10m de diâmetro), mas é operado de forma 100 por cento programada em fila por astrônomos residentes, o que significa que pode responder prontamente a eventos transitórios imprevisíveis. Isso era perfeito para Swift J1357.2-0933, e SALT obteve mais de uma hora de espectros, com um tirado a cada 100 segundos.

"Nossas observações oportunas deste sistema fascinante demonstram como a resposta rápida do SALT, por meio de sua operação agendada de fila flexível, o torna um recurso ideal para estudos de acompanhamento de objetos transitórios, "disse o Dr. David Buckley, o investigador principal do programa de transientes SALT, baseado no Observatório Astronômico da África do Sul, quem também adicionou, "Com a disponibilidade instantânea de uma série de instrumentos diferentes no SALT, também podemos modificar dinamicamente nossos planos de observação para atender aos objetivos científicos e reagir aos resultados, quase em tempo real "

O professor Charles acrescentou:"Os resultados desses espectros foram impressionantes. Eles mostraram hélio ionizado em absorção, que nunca tinha sido visto em tais sistemas antes. Isso indicou que deve ser denso e quente - cerca de 40, 000 graus. Mais notavelmente, as características espectrais foram deslocadas para o azul (devido ao efeito Doppler), indicando que eles estavam soprando em nossa direção a cerca de 600km / s. Mas o que realmente nos surpreendeu foi a descoberta de que essas características espectrais eram visíveis apenas durante as quedas ópticas na curva de luz. Nós interpretamos essa propriedade única como devida a uma distorção ou ondulação no disco de acreção interno que orbita o buraco negro na escala de tempo de mergulho. Esta dobra está muito próxima do buraco negro em apenas um décimo do raio do disco. "

O que está afastando esse assunto do buraco negro? É quase certo que seja a pressão de radiação dos intensos raios X gerados perto do buraco negro. Mas tem que ser muito mais brilhante do que vemos diretamente, sugerindo que o material que cai no buraco negro o obscurece da visão direta, como nuvens obscurecendo o sol. Isso ocorre porque estamos vendo o sistema binário de um ponto de vista onde o disco aparece de lado, conforme descrito na ilustração esquemática, e bolhas giratórias neste disco obscurecem nossa visão do buraco negro central.

Curiosamente, não há eclipses da estrela companheira vistos tanto no óptico quanto no raio-X, como seria de se esperar. Isso é explicado por ser muito pequeno, e constantemente à sombra do disco. Essa inferência vem de modelagem teórica detalhada de ventos sendo soprados de discos de acreção que foi realizada por um dos membros da equipe, James Matthews da Universidade de Oxford, usando cálculos de supercomputador.

Este objeto tem propriedades notáveis ​​entre um grupo já interessante de objetos que têm muito a nos ensinar sobre os pontos finais da evolução estelar e a formação de objetos compactos. Já conhecemos algumas dezenas de sistemas binários de buracos negros em nossa galáxia, que todos têm massas na faixa de 5-15 massas solares, e o único buraco negro em nosso Centro Galáctico tem cerca de 4 milhões de massas solares. Todos eles crescem pelo acréscimo de matéria que testemunhamos de forma tão espetacular neste objeto. Também sabemos que uma fração substancial do material de acréscimo está sendo soprado para longe. Quando isso acontece nos buracos negros supermassivos no centro das galáxias, esses ventos e jatos poderosos podem ter um grande impacto no resto da galáxia.

O professor Charles concluiu:"Essas versões binárias de curto período são uma maneira perfeita de estudar essa física em ação."