O Blazar Bl Lacertae, um buraco negro supermassivo, cercado por um disco brilhante e jatos orientados para a Terra, proporcionou aos cientistas uma oportunidade única de responder a uma pergunta de longa data: como os raios-X são gerados em ambientes extremos como este?
Nasixpe (Explorador de polarimetria de raios X de imagem) colaborados com telescópios de rádio e ópticos para encontrar respostas. Os resultados (pré -impressão disponível aqui), a ser publicado na revista Astrophysical Journal Letters, mostre que as interações entre elétrons em movimento rápido e partículas de luz, chamados fótons, devem levar a essa emissão de raios-X.
Os cientistas tiveram duas possíveis explicações concorrentes para os raios-X, um envolvendo prótons e outro envolvendo elétrons. Cada um desses mecanismos teria uma assinatura diferente na polarização da luz de raios-X. A polarização é uma propriedade da luz que descreve a direção média das ondas eletromagnéticas que adotam luz.
Se os raios X nos jatos de um buraco negro forem altamente polarizados, isso significaria que os raios-X são produzidos por prótons girando no campo magnético do jato ou prótons interagindo com os fótons de Jet. Se os raios X tiverem um menor grau de polarização, sugeriria que as interações eletrônicas-fótons levassem à produção de raios-X.
O IXPE, lançado em 9 de dezembro de 2021, é o único voo de satélite hoje que pode fazer uma medição de polarização.
“Este foi um dos maiores mistérios sobre jatos de buracos negros supermassivos”, disse Iván Agudo, principal autor do estudo e astrônomo do Instituto de Astrofísica de Andaluzia – CSIC na Espanha. “E o IXPE, com a ajuda de vários telescópios de apoio à base, finalmente nos forneceu as ferramentas para resolvê-lo.”
Os astrônomos descobriram que os elétrons devem ser os culpados através de um processo chamado Compton Spattering. A dispersão de Compton (ou o efeito Compton) ocorre quando um fóton perde ou ganha energia após interagir com uma partícula carregada, geralmente um elétron. Dentro de jatos de buracos negros supermassivos, os elétrons se movem perto da velocidade da luz. A IXPE ajudou os cientistas a aprender que, no caso de um jato blazar, os elétrons têm energia suficiente para espalhar fótons de iluminação infravermelha até comprimentos de onda de raios-X.
BL LACERTAE (BL LAC para curta) é um dos primeiros blazares já descobertos, originalmente considerados uma estrela variável na constelação de Lacerta. O IXPE observou BL LAC no final de novembro de 2023 por sete dias, juntamente com vários telescópios terrestres, medindo a polarização óptica e de rádio ao mesmo tempo. Enquanto o IXPE observava o BL LAC no passado, essa observação era especial. Coincidentemente, durante as observações de polarização de raios-X, a polarização óptica do BL LAC atingiu um número alto: 47,5%.
“Este não foi apenas o BL LAC mais polarizado nos últimos 30 anos, este é o mais polarizado que qualquer blazar já foi observado!” disse ioannis liodakis, um dos principais autores do estudo e astrofísico no Instituto de Astrofísica – na Grécia.
O IXPE descobriu que os raios X eram muito menos polarizados que a luz óptica. A equipe não conseguiu medir um forte sinal de polarização e determinou que os raios X não podem ser mais polarizados que 7,6%. Isso provou que os elétrons interagindo com fótons, através do efeito Compton, devem explicar os raios-X.
Steven Ehlerts
Cientista do projeto para IXPE no Marshall Space Flight Center
“O fato de a polarização óptica ser muito maior do que nos raios X só pode ser explicada pela dispersão de Compton”, disse Steven Ehlert, cientista do projeto do IXPE e astrônomo no Marshall Space Flight Center.
“A IXPE conseguiu resolver outro mistério do buraco negro”, disse Enrico CostaAssim, astrofísicas em Roma no Istituto di astrofísica e planetologia spaziali do Istituto Nazionale di astrofísica. Costa é um dos cientistas que concebeu esse experimento e o propôs à NASA há 10 anos, sob a liderança de Martin Weisskopf, o primeiro investigador principal do IXPE. “A visão polarizada de raios-X polarizada da IXPE resolveu vários mistérios duradouros, e esse é um dos mais importantes. Em alguns outros casos, os resultados do IXPE desafiaram opiniões consolidadas e abriram novos enigmas, mas é assim que a ciência funciona e, com certeza, o IXPE está fazendo uma ciência muito boa.”
O que vem a seguir para a pesquisa de Blazar?
“Uma coisa que queremos fazer é tentar encontrar o maior número possível deles”, disse Ehlert. “Os blazares mudam bastante com o tempo e estão cheios de surpresas.”
Mais sobre IXPE
O IXPE, que continua a fornecer dados sem precedentes que permitem descobertas inovadoras sobre objetos celestes em todo o universo, é uma missão conjunta da NASA e da agência espacial italiana com parceiros e colaboradores de ciências em 12 países. O IXPE é liderado pelo Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. A BAE Systems, Inc., com sede na Igreja de Falls, Virgínia, gerencia operações de naves espaciais, juntamente com o laboratório da Universidade do Colorado para a física atmosférica e espacial em Boulder. Saiba mais sobre a missão em andamento da IXPE aqui:
Elizabeth Landau
Sede da NASA
elizabeth.r.landau@nasa.gov
202-358-0845
Pista Figueroa
Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala.
lane.e.figueroa@nasa.gov
256.544.0034