459: IXPE entusiasma os astrónomos com novas descobertas no blazar Markarian 421

 

CIÊNCIA // IXPE // BLAZAR MARKARIAN 421

O Universo contém muitos e poderosos buracos negros super-massivos que criam fortes jactos de partículas altamente energéticas, produzindo fontes de brilho extremo na vastidão do espaço.

Quando um desses jactos aponta directamente para a Terra, os cientistas apelidam ao sistema que contém o buraco negro de blazar.

Esta ilustração da NASA mostra a estrutura do jacto de um buraco negro, tal como inferido por observações recentes do blazar Markarian 421 pelo IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer). O jacto é alimentado por um disco de acreção, mostrado na parte inferior da imagem, que orbita e cai no buraco negro ao longo do tempo. O jacto é atravessado por campos magnéticos helicoidais. As observações do IXPE mostraram que os raios-X devem ser gerados num choque originado no material que espirala em torno dos campos magnéticos helicoidais. A inserção mostra a frente de choque propriamente dita. Os raios-X são gerados na região branca mais próxima da frente de choque, enquanto as emissões ópticas e de rádio devem ter origem em regiões mais turbulentas, mais afastadas do choque.
Crédito: NASA/Pablo Garcia

Para compreender por que razão as partículas do jacto se movem com grandes velocidades e energias, os cientistas voltam-se para o IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA, que foi lançado em Dezembro de 2021.

O IXPE mede uma propriedade especial da luz de raios-X chamada polarização, que tem a ver com a organização das ondas electromagnéticas nas frequências de raios-X.

Esta semana, uma equipa internacional de astrofísicos publicou novas descobertas do IXPE sobre um blazar chamado Markarian 421. Este blazar, localizado na direcção da constelação da Ursa Maior, a cerca de 400 milhões de anos-luz da Terra, surpreendeu os cientistas com evidências de que, na parte do jacto onde as partículas estão a ser aceleradas, o campo magnético tem uma estrutura helicoidal.

“Markarian 421 é um velho amigo dos astrónomos de alta energia”, disse a astrofísica da Agência Espacial Italiana Laura Di Gesu, autora principal do novo artigo.

“Tínhamos a certeza de que o blazar seria um alvo interessante para o IXPE, mas as suas descobertas foram além das nossas melhores expectativas, demonstrando com sucesso como a polarimetria de raios-X enriquece a nossa capacidade de sondar a complexa geometria do campo magnético e a aceleração de partículas em diferentes regiões de jactos relativistas.”

O novo estudo que detalha as descobertas da equipa do IXPE em Markarian 421 está disponível na última edição da Nature Astronomy.

Jactos como o que irradia de Markarian 421 podem estender-se por milhões de anos-luz. São especialmente brilhantes porque, à medida que as partículas se aproximam da velocidade da luz, libertam uma enorme quantidade de energia e comportam-se de formas estranhas que Einstein previu.

Os jactos dos blazares são extra brilhantes porque, tal como a sirene de uma ambulância soa mais alto à medida que se aproxima, a luz apontada na nossa direcção também parece mais brilhante. É por isso que os blazares podem ofuscar todas as estrelas das galáxias que habitam.

Apesar de décadas de estudo, os cientistas ainda não compreendem totalmente os processos físicos que determinam a dinâmica e a emissão dos jactos dos blazares.

Mas a inovadora polarimetria de raios-X do IXPE – que mede a direcção média do campo eléctrico das ondas de luz – dá-lhes uma visão sem precedentes destes alvos, da sua geometria física e da origem das suas emissões.

Os modelos de investigação para o fluxo típico dos poderosos jactos apresentam normalmente uma estrutura helicoidal em espiral, semelhante à forma como o ADN humano está organizado. Mas os cientistas não esperavam que a estrutura em hélice contivesse regiões de partículas a serem aceleradas por choques.

O IXPE encontrou uma surpreendente variabilidade no ângulo de polarização durante três observações prolongadas de Markarian 421 em Maio e Junho de 2022.

“Tínhamos previsto que a direcção da polarização pudesse mudar, mas pensámos que grandes rotações fossem raras, com base em observações ópticas anteriores de muitos blazares”, disse Herman Marshall, físico investigador do MIT (Massachusetts Institute of Technology) em Cambridge e co-autor do artigo. “Por isso, planeámos várias observações do blazar, com a primeira a mostrar uma polarização constante de 15%.”

Notavelmente, acrescentou, a análise inicial dos dados de polarização do IXPE parecia mostrar que a polarização tinha caído para zero entre a primeira e a segunda observação.

“Depois reconhecemos que a polarização era na verdade quase a mesma, mas a sua direcção deu literalmente uma volta, rodando quase 180 graus em dois dias”, disse Marshall.

“Depois voltou a surpreender-nos durante a terceira observação, que começou um dia mais tarde, ao observarmos que a direcção da polarização continuava a rodar ao mesmo ritmo.”

Mais estranho ainda é que as medições simultâneas no visível, no infravermelho e no rádio não mostraram qualquer alteração na estabilidade ou na estrutura – mesmo quando as emissões de raios-X polarizados se desviaram.

Isto significa que uma onda de choque pode estar a propagar-se ao longo de campos magnéticos em espiral no interior do jacto.

O conceito de uma onda de choque que acelera as partículas do jacto é consistente com as teorias acerca de Markarian 501, um segundo blazar observado pelo IXPE que levou a um estudo publicado no final de 2022.

Mas o seu primo Markarian 421 mostra evidências mais claras de um campo magnético helicoidal contribuindo para o choque.

Di Gesu, Marshall e colegas estão ansiosos por realizar mais observações de Markarian 421 e de outros blazares para aprender mais sobre estas flutuações do jacto e com que frequência elas ocorrem.

“Graças ao IXPE, é uma altura empolgante para o estudo dos jactos astrofísicos”, disse Di Gesu.

O IXPE é uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana com parceiros e colaboradores científicos em 12 países. O IXPE é dirigido pelo Centro de Voo Espacial Marshall da NASA em Huntsville, Alabama.

A Ball Aerospace, com sede em Broomfield, no estado norte-americano do Colorado, gere as operações da nave espacial juntamente com o Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado, em Boulder.

As observações de Markarian 421 pelo IXPE foram complementadas com dados recolhidos por observatórios parceiros nos Estados Unidos, França, Japão, Espanha e na ilha de Creta.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

CCVALG
21 de Julho de 2023



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published in: 2 meses ago

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