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O buraco negro Cygnus X-1 nasceu torto e seu disco de matéria é distorcido

As atividades complexas em torno de buracos negros ativos começam a ser melhor compreendidas, em especial o mecanismo que transforma parte da matéria do disco de acreção em jatos polares. Para isso, os cientistas observaram o Cygnus X-1 em luz polarizada de raios-X.

O Cygnus X-1 foi a primeira fonte de raios-X a ser aceita como um candidato a buraco negro. Desde então, é estudado com afinco, principalmente porque está perto da Terra, a apenas a 7.200 anos-luz de distância, na constelação de Cygnus, o Cisne.

Além disso, o buraco negro é um ótimo “laboratório” de estudos porque se trata de um sistema binário; isto é, há um objeto vizinho — uma estrela companheira de 41 massas —, ambos orbitando o mesmo centro gravitacional. Com essa proximidade entre os dois objetos, o buraco negro consegue “roubar” matéria de sua companheira, graças ao seu imenso poder gravitacional.

Essa matéria sugada passa a orbitar o buraco negro em alta velocidade, formando um disco de acreção. Esse disco é acelerado e, com o atrito entre a matéria, aquecido a temperaturas extremas, se transforma em plasma. Esse processo emite radiação em várias faixas do espectro eletromagnético, mas principalmente raios-X e rádio.

Ilustração do buraco negro Cygnus X-1 se alimentando da matéria de sua estrela companheira (Imagem: Reprodução/John Paice)
Ilustração do buraco negro Cygnus X-1 se alimentando da matéria de sua estrela companheira (Imagem: Reprodução/John Paice)

Os pesquisadores usaram o observatório espacial Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) e seus três telescópios para observar o Cygnus X-1 em raios-X polarizados. Isso significa que apenas fótons orientados para uma determinada direção podem ser observados.

Luz polarizada “carrega informações sobre como os raios-X foram emitidos”, explica Henric Krawcynski, da Universidade de Washington em St Louis, primeiro autor do estudo. Com isso, os astrônomos descobriram que os raios-X estão sendo espalhados pelo material em uma região coronal de 2 mil km de largura ao redor do buraco negro.

Formadas por plasma ultra-quente, as coronas de buracos negros são candidatas a parte do mecanismo que forma os jatos polares — ejetados a partir de ambos os polos norte e sul dos buracos negros. A polarização dos raios-X indica que a coroa se estende para longe do buraco negro, paralelamente ao plano do disco de acreção e perpendicular aos jatos.

Essa observação exclui modelos em que a coroa do buraco negro é uma coluna ou cone de plasma ao longo do eixo do jato. Na verdade, ela “aperta” o disco de acreção como um sanduíche. Além disso, a coroa e o disco de acreção interno parecem estar desalinhados em relação ao plano orbital da estrela companheira do buraco negro.

Para a coautora Alexandra Veledina, da Universidade de Turku, “esta pode ser uma assinatura de um desalinhamento do plano equatorial do buraco negro e do plano orbital do binário; o sistema pode ter adquirido esse desalinhamento quando a estrela progenitora do buraco negro explodiu”. “Esses novos insights permitirão estudos aprimorados de raios-X de como a gravidade curva o espaço e o tempo perto dos buracos negros”, disse Krawczynski.

O estudo foi publicado na revista Science.

Fonte: Canaltech

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