Visões sobre o Buraco Negro MAXI J1820+070

Em 2018, um buraco negro chamado MAXI J1820+070 ficou ativo e foi estudado de perto. Esse buraco negro faz parte de um sistema onde puxa matéria de uma estrela próxima. Quando a matéria cai no buraco negro, ela cria raios-X, que são ondas de luz de alta energia. Esse processo gera diferentes Estados no comportamento do buraco negro e na matéria ao seu redor, que os cientistas podem estudar pra aprender mais sobre como os Buracos Negros funcionam.

#O que são Binários de Raios-X de Buracos Negros?

Binários de raios-X de buracos negros são sistemas que incluem um buraco negro e uma estrela companheira. O buraco negro puxa material da estrela, e esse material forma um Disco ao redor do buraco negro antes de cair nele. À medida que o material se aproxima do buraco negro, ele fica muito quente e emite raios-X. A luz emitida pode mostrar diferentes padrões, dependendo de como o buraco negro e o disco mudam ao longo do tempo.

#O Estado dos Buracos Negros

O comportamento dos buracos negros pode ser classificado em diferentes estados. Esses estados incluem fases dura, suave e intermediária. No estado duro, os sinais de raios-X são principalmente causados por processos de alta energia que ocorrem em uma nuvem quente de partículas ao redor do buraco negro. No estado suave, os raios-X vêm principalmente do disco quente de material que está caindo no buraco negro. Entender esses estados ajuda os cientistas a acompanhar como os buracos negros se comportam ao longo do tempo.

#Estudando MAXI J1820+070

MAXI J1820+070 foi detectado pela primeira vez em março de 2018. Ele está localizado a milhares de anos-luz da Terra. As observações mostraram que o buraco negro tem um ângulo específico em que o disco orbita e os cientistas conseguiram estimar sua massa. Analisando a luz de raios-X do buraco negro, os pesquisadores podem coletar informações importantes sobre suas propriedades.

Durante a explosão de 2018 do MAXI J1820+070, os cientistas monitoraram seu comportamento, focando especialmente em seu tempo e características espectrais. As observações encontraram mudanças rápidas nos sinais de raios-X, conhecidas como oscilações quase periódicas, que podem fornecer pistas sobre a dinâmica do disco e do próprio buraco negro.

#A Importância da Geometria do Disco

A forma e a estrutura do disco ao redor de um buraco negro são cruciais para entender como o buraco negro puxa matéria. Geralmente, os cientistas acreditam que o disco é fino e denso perto da borda do buraco negro. A borda interna do disco pode chegar muito perto do buraco negro, o que pode levar a um aumento nos raios-X emitidos.

Existem questões sobre o comportamento do disco, especialmente no estado duro. Alguns pesquisadores argumentam que o disco pode não conseguir chegar tão perto do buraco negro durante essa fase. Entender a estrutura do disco ajuda os cientistas a medir as características do buraco negro, como sua rotação.

#Técnicas de Observação

Pra estudar o MAXI J1820+070, os pesquisadores usaram dados de um satélite chamado Insight-HXMT. Este satélite pode observar raios-X em uma ampla gama de energias, tornando-se adequado para estudar vários aspectos dos buracos negros. Processando os dados do satélite, os cientistas conseguem criar curvas de luz e medições espectrais pra ver como o buraco negro se comporta ao longo do tempo.

#As Fases da Explosão

Durante a explosão de 2018 do MAXI J1820+070, várias fases foram observadas, incluindo a fase de subida, platô, declínio brilhante, transição de duro para suave, fase suave e retorno suave-dura. Cada fase reflete um padrão de comportamento diferente do buraco negro e do disco de acreção.

1. Fase de Subida: É quando o buraco negro começa a puxar material ativamente, levando a um aumento nas emissões de raios-X.
2. Fase de Platô: As emissões de raios-X se estabilizam em um nível alto durante essa etapa.
3. Fase de Declínio Brilhante: Há uma queda notável nas emissões de raios-X à medida que o buraco negro desacelera sua acreção.
4. Transição de Duro para Suave: Os sinais de raios-X mudam à medida que o buraco negro passa para um estado diferente.
5. Fase Suave: O buraco negro mostra principalmente emissões de raios-X suaves do disco.
6. Fase de Retorno Suave-Dura: O buraco negro retorna a um estado mais duro.

#Analisando Dados Espectrais

Os cientistas ajustam os espectros observados do MAXI J1820+070 com vários modelos pra entender a física por trás da luz observada. Dois modelos comuns são o modelo diskbb e o modelo nkbb. O modelo diskbb assume que o disco emite raios-X como uma coleção de corpos negros em diferentes temperaturas. O modelo nkbb leva em conta os efeitos relativísticos perto do buraco negro, permitindo uma compreensão mais refinada do espectro emitido.

Usando esses modelos, os pesquisadores podem estimar parâmetros importantes, como o raio interno do disco e a rotação do próprio buraco negro. Esses parâmetros mudam durante a explosão, fornecendo uma visão de como o buraco negro se comporta ao passar por diferentes estados.

#O Papel das Características de Reflexão

À medida que os raios-X emitidos pelo disco interagem com a matéria ao redor, eles criam características de reflexão no espectro. Essas características fornecem informações críticas sobre o disco e seus arredores. Por exemplo, quando os cientistas analisam essas reflexões, eles conseguem estimar a abundância de ferro no disco. Normalmente, os pesquisadores descobrem que a abundância de ferro muda entre os diferentes estados do buraco negro, mas na verdade, deveria permanecer constante.

#Acompanhando Mudanças no Disco e na Coroa

A análise de diferentes modelos do espectro do buraco negro mostra que, à medida que o buraco negro muda de estado de duro para suave, o disco ao seu redor pode se tornar compacto e mais próximo do buraco negro. A coroa, uma nuvem de elétrons quentes ao redor do buraco negro, também muda dependendo do estado.

A fração de dispersão-uma medida de quanta luz de raios-X é dispersada-varia entre diferentes fases. No estado duro, tende a ser alta, enquanto no estado suave, fica baixa. Isso sugere que a coroa e a forma como interage com o disco desempenham um grande papel nos raios-X emitidos.

#LFQPOs e Sua Importância

Oscilações quase periódicas, ou QPOs, são mudanças na intensidade da luz de raios-X ao longo do tempo. Essas oscilações podem ocorrer em diferentes frequências e fornecem uma visão sobre a dinâmica do disco e do buraco negro.

Pesquisas sobre MAXI J1820+070 sugerem uma conexão entre a frequência do QPO e outros parâmetros do buraco negro, como a taxa de acreção de massa e o raio interno do disco. Monitorar essas relações ajuda os cientistas a entender melhor a natureza do buraco negro e como ele interage com o disco de material.

#Medindo a Rotação do Buraco Negro

A rotação de um buraco negro é uma propriedade essencial que afeta seu comportamento. A rotação pode ser estimada observando o raio interno do disco, particularmente no estado suave. Durante a explosão de 2018, estudos buscaram medir a rotação do MAXI J1820+070 usando diferentes modelos de ajuste.

Modelos diferentes, como o diskbb e o nkbb, forneceram estimativas inconsistentes da rotação do buraco negro. No entanto, ao analisar as características de reflexão e ajustar parâmetros, um valor de rotação mais consistente foi determinado, mostrando os desafios em medir com precisão essas propriedades astrofísicas.

#Conclusão

O estudo do MAXI J1820+070 durante sua explosão de 2018 forneceu insights valiosos sobre o comportamento dos buracos negros. Ao examinar de perto diferentes estados, parâmetros e relações, os cientistas continuam aprendendo sobre as complexas interações entre buracos negros e seus arredores. Essa pesquisa contribui para uma compreensão mais ampla do universo e dos extremos dos fenômenos físicos que ocorrem dentro e ao redor dos buracos negros. Estudos futuros vão iluminar ainda mais esses objetos enigmáticos e seu papel no cosmos.