O telescópio espacial de raios X da ESA, XMM-Newton, detectou erupções periódicas nunca antes vistas de radiação de raios X provenientes de uma galáxia distante que poderiam ajudar a explicar alguns comportamentos enigmáticos de buracos negros ativos.

XMM-Newton, o mais poderoso observatório de raios-X, descobriu alguns flashes misteriosos do buraco negro ativo no centro da galáxia GSN 069, cerca de 250 milhões de anos-luz de distância. Em 24 de dezembro de 2018, a fonte aumentou repentinamente seu brilho em um fator de 100, em seguida, voltou aos níveis normais em uma hora e acendeu novamente nove horas depois.

"Foi completamente inesperado, "diz Giovanni Miniutti, do Centro de Astrobiología em Madrid, Espanha, autor principal de um novo artigo publicado na revista Natureza hoje.

"Buracos negros gigantes piscam regularmente como uma vela, mas o rápido, a repetição das mudanças vistas no GSN 069 de dezembro em diante são algo completamente novo. "

Outras observações, realizado com o XMM-Newton, bem como o observatório de raios-X Chandra da NASA nos meses seguintes, confirmou que o distante buraco negro ainda estava mantendo o ritmo, emitindo rajadas quase periódicas de raios-X a cada nove horas. Os pesquisadores estão chamando o novo fenômeno de 'erupções quase periódicas, "ou QPEs.

"A emissão de raios-X vem do material que está sendo adicionado ao buraco negro e aquece no processo, "explica Giovanni.

“Existem vários mecanismos no disco de acreção que podem dar origem a este tipo de sinal quase periódico, potencialmente ligado a instabilidades no fluxo de acreção próximo ao buraco negro central.

"Alternativamente, as erupções podem ser devido à interação do material do disco com um segundo corpo - outro buraco negro ou talvez o remanescente de uma estrela previamente interrompida pelo buraco negro. "

Embora nunca antes observado, Giovanni e seus colegas acham que erupções periódicas como essas podem ser bastante comuns no Universo.

É possível que o fenômeno não tenha sido identificado antes porque a maioria dos buracos negros nos núcleos de galáxias distantes, com massas milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol, são muito maiores do que o GSN 069, que é apenas cerca de 400 000 vezes mais massivo do que o nosso sol.

Quanto maior e mais massivo for o buraco negro, quanto mais lentas forem as flutuações de brilho que ele pode exibir, então, um buraco negro supermassivo típico iria explodir não a cada nove horas, mas a cada poucos meses ou anos. Isso tornaria a detecção improvável, pois as observações raramente abrangem períodos tão longos de tempo.

E tem mais. Erupções quase periódicas como as encontradas em GSN 069 podem fornecer uma estrutura natural para interpretar alguns padrões intrigantes observados em uma fração significativa de buracos negros ativos, cujo brilho parece variar muito rápido para ser facilmente explicado pelos modelos teóricos atuais.

"Sabemos de muitos buracos negros massivos cujo brilho aumenta ou diminui devido a grandes fatores em dias ou meses, embora esperássemos que variassem em um ritmo muito mais lento, "diz Giovanni.

"Mas se alguma dessa variabilidade corresponde às fases de ascensão ou decadência de erupções semelhantes às descobertas em GSN 069, então, a rápida variabilidade desses sistemas, que parece atualmente inviável, poderia naturalmente ser contabilizado. Novos dados e estudos adicionais dirão se essa analogia realmente se mantém. "

As erupções quase periódicas detectadas em GSN 069 também poderiam explicar outra propriedade intrigante observada na emissão de raios-X de quase todos os brilhantes, acumulação de buracos negros supermassivos:o chamado "excesso suave".

Consiste em emissão aumentada em baixas energias de raios-X, and there is still no consensus on what causes it, with one leading theory invoking a cloud of electrons heated up near the accretion disc.

Like similar black holes, GSN 069 exhibits such a soft X-ray excess during bursts, but not between eruptions.

"We may be witnessing the formation of the soft excess in real time, which could shed light on its physical origin, " says co-author Richard Saxton from the XMM-Newton operation team at ESA's astronomy centre in Spain.

"How the cloud of electrons is created is currently unclear, but we are trying to identify the mechanism by studying the changes in the X-ray spectrum of GSN 069 during the eruptions."

The team is already trying to pinpoint the defining properties of GSN 069 at the time when the periodic eruptions were first detected to look for more cases to study.

"One of our immediate goals is to search for X-ray quasi-periodic eruptions in other galaxies, to further understand the physical origin of this new phenomenon, " adds co-author Margherita Giustini of Madrid's Centro de Astrobiología.

"GSN 069 is an extremely fascinating source, with the potential to become a reference in the field of black hole accretion, " says Norbert Schartel, ESA's XMM-Newton project scientist.

The discovery would not have been possible without XMM-Newton's capabilities.

"These bursts happen in the low energy part of the X-ray band, where XMM-Newton is unbeatable. We will certainly need to use the observatory again if we want to find more of these kinds of events in the future, " concludes Norbert.

"Nine-hour X-ray quasi-periodic eruptions from a low-mass black hole galactic nucleus, " by G. Miniutti et al., is published in Natureza .