Usando a nave espacial de raios X Swift da NASA combinada com observações de rádio, os astrônomos observaram um buraco negro supermassivo arrotando jatos de rádio 300 dias após uma forte refeição cósmica. A equipe também foi capaz de estimar aproximadamente a massa deste titã cósmico em alimentação, que fica no coração do Aglomerado de Perseu, uma enorme coleção de milhares de galáxias.
O buraco negro fica no centro da galáxia NGC 1275, localizada a cerca de 225 anos-luz de distância, e é a galáxia mais brilhante do Aglomerado Perseu. O buraco negro supermassivo apareceu pela primeira vez em raios X, o que indicou um aumento na taxa de acumulação de matéria. Buracos negros supermassivos que se alimentam ativamente ficam em regiões chamadas núcleos galácticos ativos (AGNs), com sua imensa gravidade aquecendo a matéria circundante, fazendo com que brilhem intensamente. Estas emissões são impulsionadas por material canalizado para os pólos do buraco negro central, de onde é expelido como poderosos jactos gémeos que brilham através do espectro eletromagnéticoparticularmente em ondas de rádio.
A observação do seguinte jacto de rádio proveniente do AGN no coração da NGC 1275 através de queima em ondas de rádio é crucial para a compreensão da relação entre o disco de matéria que rodeia e alimenta o buraco negro, denominado disco de acreção, e os jactos que este lança. Este chamado acoplamento disco-jato é fundamental para desenvolver uma imagem melhor de como os buracos negros influenciam formação estelar nas galáxias em que se situam e, portanto, o crescimento dessas galáxias.
Fazer essas observações não é tarefa fácil. A espaçonave ideal para observar emissões de raios X é Chandramas não observa NGC 1275 com frequência suficiente para observar seu comportamento a longo prazo. O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA pode não ter o poder do Chandra, mas, tendo sido lançado em 2004, coletou uma vasta quantidade de dados sobre NGC 1275 e seu buraco negro supermassivo central.
“É bastante difícil ver a região interna deste AGN porque a NGC 1275 está no centro do enorme Aglomerado de galáxias de Perseuo que adiciona luz adicional às nossas observações”, disse a líder da equipe Sarah Ketchum, da Universidade de Michigan, ao Space.com. “Desenvolvemos um modelo que nos permitiu remover a emissão do cluster dos dados de arquivo do Swift e, ao fazer isso, fomos capazes de ver as mudanças no fluxo de raios X do gás acumulado no buraco negro em NGC 1275, de 2007 a 2025. “
Ketchum acrescentou que as capacidades do Swift foram fundamentais para esta investigação do NGC 1275, que é o laboratório ideal para o estudo do acoplamento disco-jato.
“Houve estudos em outras galáxias com AGN que mostram evidências de acoplamento entre a acreção de gás traçada na luz de raios X e a ejeção de gás em jatos, traçada na luz de rádio. Mas NGC 1275 revela o impacto dos jatos de buracos negros em grandes escalas espaciais melhor do que qualquer outro sistema”, continuou o pesquisador da Universidade de Michigan.
Este buraco negro não comeu uma estrela
Ketchum e colegas observaram a explosão de raios X mais forte de sempre da NGC 1275 em fevereiro de 2023. Durando menos de 60 dias e consistindo em duas explosões de 5 dias, este episódio viu uma duplicação do brilho dos raios X do AGN no coração da NGC 1275.
A queima foi tão extrema que a equipe teve que descartar uma evento de perturbação de maré (TDE) como causa. Estas ocorrem quando a órbita de uma estrela infeliz a aproxima demasiado da imensa influência gravitacional de um buraco negro supermassivo. Esta influência gera intensas forças de maré que simultaneamente esmagam e comprimem a estrela, “espetificando-a” e permitindo que o buraco negro coma alguma massa de plasma.
“Conseguimos descartar os TDEs como causa”, disse Ketchum. “Assim, a explosão foi provavelmente causada por um aumento na taxa de acumulação de matéria no buraco negro.”
Usando dados do Swift, a equipe conseguiu inferir o raio sobre o qual o AGN emite radiação. Como o tamanho de um buraco negro está diretamente correlacionado com a sua massa, isto significa que os investigadores foram capazes de restringir a massa do buraco negro no coração da NGC 1275. Eles determinaram que este buraco negro supermassivo tem uma massa algures entre 100 milhões de vezes a massa do Sol e mil milhões de massas solares.
A equipa comparou então os seus dados com dados de rádio conhecidos para compreender melhor a relação entre a emissão de raios X e os jactos de rádio que perturbam o gás na NGC 1275.
Ketchum acrescentou que ela e seus colegas encontraram evidências provisórias de um atraso de cerca de 300 dias entre a explosão de raios X e a emissão de ondas de rádio. Isso indica o tempo que o plasma leva para viajar da base do jato até um nó ou choque criado quando atinge o gás ou poeira circundante.
“Isso deve ser testado mais detalhadamente no futuro. Nossos dados de raios X mostram apenas uma amostra esparsa das mudanças na NGC 1275”, disse Ketchum. “Isto torna difícil determinar uma relação exata entre os raios X e a radiação de rádio para grandes porções da nossa curva de luz, por isso precisaríamos de mais dados de raios X para estudar melhor esta ligação.”
O investigador acrescentou que se as explosões de raios X forem produzidas perto do buraco negro, um eco destas explosões deverá ser visto vindo do disco de acreção.
“Uma linha de emissão de ferro neutro é vista nos dados da NGC 1275, e este pode ser o eco. No entanto, provavelmente precisaremos de muitas observações com XMM-Newton e XRISMO (Missão de Imagem de Raios-X e Espectroscopia) para realmente estabelecer essa conexão”, concluiu Ketchum.
A pesquisa da equipe foi aceita para publicação no Astrophysical Journal Letters, com uma versão pré-revisão por pares disponível no site do repositório arXiv.
