Markarian 335

As regiões no entorno de buracos negros supermassivos brilham intensamente em raios X. Parte dessa radiação se origina em um disco ao seu redor, e a maior parcela vem da corona, que aparece aqui nesta concepção artística como a luz branca na  base de um jato. Esta é uma entre algumas formas possíveis previstas para as coronas.

O Conjunto de Telescópios  Espectroscópicos Nucleares (NuSTAR) da NASA  captou um extremo e raro evento nas regiões imediatamente ao redor de um buraco negro supermassivo. Uma fonte compacta de raios X situada próxima ao centro do buraco negro, chamada corona, moveu-se para mais perto dele em um período de apenas alguns dias.

"Recentemente, a corona ruiu para dentro do buraco negro e, com isso, a intensa gravidade do buraco negro atraiu toda a luz para o disco em seu entorno, onde a matéria gira em direção ao centro," disse Michael Parker, do Instituto de Astronomia em Cambridge, Reino Unido, principal autor de um novo artigo sobre as descobertas, publicado nas Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Quando a corona se aproximou do buraco negro, a gravidade do objeto exerceu uma atração mais forte sobre os raios X emitidos por ele. O resultado foi um forte embaçamento e alongamento da luz de raios X. Tais eventos já haviam sido observados anteriormente, porém nunca neste grau, nem com esse nível de detalhes.

Acredita-se que hajam buracos negros supermassivos no centro de todas as galáxias. Alguns são maiores e giram mais rápido do que outros. O buraco negro deste novo estudo, denominado Markarian 335, or Mrk 335, está localizado a cerca de 324 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação de Pégaso. É um dos sistemas mais extremos que já tiveram a massa e velocidade de rotação medidas. O buraco negro comprime cerca de 10 milhões de vezes a  massa do Sol em uma região com apenas 30 vezes o diâmetro deste, e gira tão rápido que o espaço e o tempo são arrastados ao redor dele.

Embora alguma luz caia em buracos negros supermassivos para jamais ser vista novamente, outros tipos de luz de alta energia emanam tanto da corona como do disco de acreção de material superaquecido circundante. Embora os astrônomos não tenham certeza sobre a forma e temperatura das coronas, eles sabem que elas contêm certas partículas que se movem quase à velocidade da luz.

O satélite Swift da NASA monitorou Mrk 335 durante anos, e notou recentemente uma grande mudança na intensidade de seu brilho em raios X. Naquilo que é chamado uma observação ao acaso, não planejada, o NuSTAR foi redirecionado para observar raios X de alta energia vindos desta fonte na faixa de 3 a 79 quiloeletronvolts. Esta faixa de energia em especial proporciona aos astrônomos uma visão detalhada do que está acontecendo nas proximidades do horizonte de eventos, a região ao redor dos buracos negros na qual a luz não consegue mais  escapar da atração gravitacional.

Observações de acompanhamento indicam que a corona ainda está nesta configuração próxima, meses depois de ter-se movido. Os pesquisadores não sabem se ou quando a corona  voltará à posição original. Além do mais, as observações do NuSTAR revelam que a atração da gravidade do buraco negro puxou a luz da corona para a porção interna do seu disco superaquecido,  iluminando-o melhor. Quase como se alguém tivesse apontado uma lanterna para os astrônomos, a corona, ao mudar de lugar, iluminou exatamente a região que eles queriam estudar.

Os novos dados acabaram ajudando a  descobrir  mais coisas sobre a misteriosa natureza das coronas dos buracos negros. Além disso, as observações  proporcionaram uma melhor medição da enorme velocidade relativísitica do giro de Mrk 335. Velocidades relativísticas são aquleas próximas à velocidade da luz, conforme descrito pela teoria da relatividade de Albert Einstein.

"Ainda não entendemos exatamente como a corona é gerada, ou por que ela muda de forma, mas a vemos iluminando a matéria ao redor do buraco negro, permitindo-nos estudar as regiões tão profundamente que os efeitos da teoria greal da relatividade de Einstein se tornam claramente perceptíveis," disse a investigadora principal do NuSTAR, Fiona Harrison, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), em Pasadena. A inédita capacidade do "NuSTAR  de observar este evento e outros similares nos permite estudar os mais  extremos efeitos de distorção da luz descritos na relatividade geral."

Tradução de Luiz Leitão

The regions around supermassive black holes shine brightly in X-rays. Some of this radiation comes from a surrounding disk, and most comes from the corona, pictured here in this artist's concept as the white light at the base of a jet. This is one of a few possible shapes predicted for coronas.

NASA's Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) has captured an extreme and rare event in the regions immediately surrounding a supermassive black hole. A compact source of X-rays that sits near the black hole, called the corona, has moved closer to the black hole over a period of just days.

"The corona recently collapsed in toward the black hole, with the result that the black hole's intense gravity pulled all the light down onto its surrounding disk, where material is spiraling inward," said Michael Parker of the Institute of Astronomy in Cambridge, United Kingdom, lead author of a new paper on the findings appearing in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

As the corona shifted closer to the black hole, the gravity of the black hole exerted a stronger tug on the X-rays emitted by it. The result was an extreme blurring and stretching of the X-ray light. Such events had been observed previously, but never to this degree and in such detail.

Supermassive black holes are thought to reside in the centers of all galaxies. Some are more massive and rotate faster than others. The black hole in this new study, referred to as Markarian 335, or Mrk 335, is about 324 million light-years from Earth in the direction of the Pegasus constellation. It is one of the most extreme of the systems for which the mass and spin rate have ever been measured. The black hole squeezes about 10 million times the mass of our sun into a region only 30 times the diameter of the sun, and it spins so rapidly that space and time are dragged around with it.

Even though some light falls into a supermassive black hole never to be seen again, other high-energy light emanates from both the corona and the surrounding accretion disk of superheated material. Though astronomers are uncertain of the shape and temperature of coronas, they know that they contain particles that move close to the speed of light.

NASA's Swift satellite has monitored Mrk 335 for years, and recently noted a dramatic change in its X-ray brightness. In what is called a target-of-opportunity observation, NuSTAR was redirected to take a look at high-energy X-rays from this source in the range of 3 to 79 kiloelectron volts. This particular energy range offers astronomers a detailed look at what is happening near the event horizon, the region around a black hole from which light can no longer escape gravity's grasp.

Follow-up observations indicate that the corona still is in this close configuration, months after it moved. Researchers don't know whether and when the corona will shift back. What is more, the NuSTAR observations reveal that the grip of the black hole's gravity pulled the corona's light onto the inner portion of its superheated disk, better illuminating it. Almost as if somebody had shone a flashlight for the astronomers, the shifting corona lit up the precise region they wanted to study.

The new data could ultimately help determine more about the mysterious nature of black hole coronas. In addition, the observations have provided better measurements of Mrk 335's furious relativistic spin rate. Relativistic speeds are those approaching the speed of light, as described by Albert Einstein's theory of relativity.

"We still don't understand exactly how the corona is produced or why it changes its shape, but we see it lighting up material around the black hole, enabling us to study the regions so close in that effects described by Einstein's theory of general relativity become prominent," said NuSTAR Principal Investigator Fiona Harrison of the California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. "NuSTAR's unprecedented capability for observing this and similar events allows us to study the most extreme light-bending effects of general relativity."