O buraco negro em Cygnus X-1 é uma das fontes mais brilhantes de raios-X no céu. A luz perto do buraco negro vem de matéria drenada de sua estrela companheira. Crédito:NASA, ESA, Martin Kornmesser
Em uma colaboração internacional entre Japão e Suécia, os cientistas esclareceram como a gravidade afeta a forma da matéria perto do buraco negro no sistema binário Cygnus X-1. Suas descobertas, que foram publicados em Astronomia da Natureza este mês, pode ajudar os cientistas a entender melhor a física da forte gravidade e a evolução dos buracos negros e galáxias.
Perto do centro da constelação de Cygnus está uma estrela orbitando o primeiro buraco negro descoberto no universo. Juntos, eles formam um sistema binário conhecido como Cygnus X-1. Este buraco negro também é uma das fontes mais brilhantes de raios-X no céu. Contudo, a geometria da matéria que dá origem a essa luz era incerta. A equipe de pesquisa revelou essas informações a partir de uma nova técnica chamada polarimetria de raios-X.
Tirar uma foto de um buraco negro não é fácil. Por uma coisa, ainda não é possível observar um buraco negro porque a luz não pode escapar dele. Em vez, em vez de observar o próprio buraco negro, os cientistas podem observar a luz proveniente de matéria próxima ao buraco negro. No caso do Cygnus X-1, esta matéria vem da estrela que orbita de perto o buraco negro.
Mais luz que vemos, como do sol, vibra em muitas direções. A polarização filtra a luz para que vibre em uma direção. É assim que os óculos de neve com lentes polarizadas permitem que os esquiadores vejam mais facilmente onde estão descendo a montanha - eles funcionam porque o filtro corta a luz refletida na neve.
A polarização filtra a luz para que vibre em uma direção. Crédito:Masako Hayashi, CORE-U, Universidade de Hiroshima
"É a mesma situação com raios-X duros em torno de um buraco negro, "O professor assistente da Universidade de Hiroshima e co-autor do estudo Hiromitsu Takahashi disse." No entanto, raios X duros e raios gama vindos de perto do buraco negro penetram neste filtro. Não existem tais 'óculos' para esses raios, portanto, precisamos de outro tipo especial de tratamento para direcionar e medir essa dispersão de luz. "
A equipe precisava descobrir de onde a luz estava vindo e onde se espalhou. Para fazer essas duas medições, eles lançaram um polarímetro de raios-X em um balão chamado PoGO +. De lá, a equipe conseguiu descobrir qual fração dos raios-X refletidos no disco de acreção e identificar a forma da matéria.
Dois modelos concorrentes descrevem como a matéria perto de um buraco negro pode parecer em um sistema binário como o Cygnus X-1:o poste e o modelo estendido. No modelo poste de luz, a corona é compacta e ligada ao buraco negro. Os fótons se curvam em direção ao disco de acreção, resultando em mais luz refletida. No modelo estendido, a corona é maior e se espalha ao redor do buraco negro. Nesse caso, a luz refletida pelo disco é mais fraca.
Uma representação de dois modelos de buraco negro concorrentes:poste de luz e estendido. O ponto preto é o buraco negro, azul é o seu disco de acreção, e o vermelho é a corona. Crédito:Fumiya Imazato, Universidade de Hiroshima
Visto que a luz não se dobrava tanto sob a forte gravidade do buraco negro, a equipe concluiu que o buraco negro se encaixa no modelo de corona estendida.
Com esta informação, os pesquisadores podem descobrir mais características sobre os buracos negros. Um exemplo é sua rotação. Os efeitos do spin podem modificar o espaço-tempo em torno do buraco negro. O spin também pode fornecer pistas sobre a evolução do buraco negro. A velocidade pode estar diminuindo desde o início do universo, ou pode estar acumulando matéria e girando mais rápido.
"O buraco negro em Cygnus é um de muitos, "Disse Takahashi." Gostaríamos de estudar mais buracos negros usando a polarimetria de raios-X, como aqueles mais próximos do centro das galáxias. Talvez possamos entender melhor a evolução do buraco negro, bem como a evolução da galáxia. "
