Estudando os Jatos de Buracos Negros no Espaço

Buracos negros são objetos fascinantes no espaço que se formam quando estrelas massivas entram em colapso sob sua própria gravidade. Um aspecto interessante dos buracos negros é a capacidade de puxar matéria de estrelas próximas, levando à formação de estruturas chamadas Jatos. Esses jatos são fluxos de partículas ejetadas em alta velocidade da região ao redor do buraco negro. Neste artigo, vamos olhar para dois buracos negros específicos, MAXI J1820+070 e V404 Cygni, para entender mais sobre seus jatos e como medimos seus tamanhos.

#O Que São Binários de Raios X com Buracos Negros?

Os binários de raios X com buracos negros (BHXRBs) são sistemas onde um buraco negro orbita uma estrela companheira. Quando o buraco negro puxa gás e poeira dessa estrela, ele forma um disco ao seu redor. Esse disco fica muito quente à medida que a matéria espirala, emitindo raios X fortes. Dependendo da quantidade de matéria que está sendo puxada, esses sistemas podem mudar entre diferentes estados. Os dois principais estados são chamados de "duro" e "suave."

No estado duro, a luz de raios X é brilhante, e o jato produzido é compacto, ou seja, tem um tamanho menor. Em contraste, o estado suave é mais brilhante na luz óptica com um espectro diferente, e a estrutura do jato pode mudar significativamente.

#Observações dos Jatos

Usando uma técnica especial chamada Interferometria de Muito Longo Alcance (VLBI), os cientistas conseguem tirar fotos desses jatos. O VLBI envolve combinar dados de vários telescópios de rádio espalhados por grandes distâncias para criar imagens de muito alta resolução. Ao fazer observações em diferentes frequências de rádio, conseguimos estudar como a posição do núcleo do jato muda com a frequência. Essa mudança é conhecida como "deslocamento do núcleo" e pode nos dizer sobre o tamanho do jato.

Para o MAXI J1820+070, tiramos medidas entre duas frequências, 15 GHz e 5 GHz, enquanto para V404 Cygni, as medidas foram feitas entre diferentes frequências que não foram especificadas. Comparando essas medições, conseguimos estimar o tamanho do jato.

#Medindo o Tamanho do Jato

Para o MAXI J1820+070, nossas descobertas mostraram que o tamanho do jato foi limitado a um valor superior. Esse limite indica o tamanho máximo que poderia ser com base nos dados que observamos. Quando comparamos isso com estudos anteriores realizados em condições diferentes, encontramos que os tamanhos variam. No estado de alta luminosidade, o jato é mostrado como sendo maior do que o que vemos no estado baixo-duro que estamos estudando.

Da mesma forma, para o V404 Cygni, também impomos um limite superior no tamanho do jato com base nas suas emissões de rádio. No entanto, as medidas foram complicadas por vários fatores, incluindo o movimento das regiões que emitem rádio ao longo do eixo do jato.

#O Impacto da Profundidade Óptica

Ao estudar jatos, devemos levar em conta algo chamado profundidade óptica. Esse conceito se relaciona a quanto a luz do jato é absorvida ou espalhada enquanto viaja pelo espaço. Em jatos do estado duro, vemos as emissões de rádio vindo de diferentes partes do jato, e dependendo da frequência que observamos, essas emissões podem parecer vir de posições diferentes. É aqui que podemos observar o deslocamento do núcleo.

À medida que a frequência das nossas observações muda, conseguimos ver que a posição do núcleo do jato se move. Isso tem implicações importantes quando se trata de astrometria, que é a medição das posições e movimentos de objetos no espaço. Entender como esse deslocamento do núcleo afeta nossas medições nos permite estimar melhor o tamanho real dos jatos desses buracos negros.

#Medidas Anteriores e Tensão com o Gaia

Em estudos anteriores, foi observada uma discrepância entre as medições de Paralaxe de rádio obtidas pelo VLBI e as medições de paralaxe óptica do satélite Gaia. Essas diferenças levantaram questões sobre a precisão da astrometria. Ao examinar o buraco negro V404 Cygni, foi notado que havia uma leve tensão entre as medições de paralaxe obtidas por diferentes métodos. Parte da explicação pode estar nas rápidas mudanças observadas na região do jato durante explosões, pois isso pode afetar tanto as medições de rádio quanto as ópticas.

Para esclarecer essas discrepâncias, nos concentramos em determinar o impacto do movimento do jato ao longo do eixo dos buracos negros. Esse movimento poderia introduzir erros sistemáticos nas medições. Investigando como os jatos se comportam durante diferentes estados, buscamos estabelecer se as observações anteriores foram influenciadas por esse movimento.

#O Estudo do MAXI J1820+070

O MAXI J1820+070 foi identificado pela primeira vez durante uma explosão em 2018, e desde então provou ser um objeto de estudo interessante. Está confirmado que abriga um buraco negro com uma massa específica. Durante sua transição entre estados, várias ejeções bipolares foram observadas ao longo do eixo do jato. Importante, nossas medições astrométricas conseguiram fornecer uma paralaxe de rádio para o MAXI J1820+070, mostrando quão longe ele está da Terra.

Os resultados das nossas observações encontraram um limite superior para o tamanho do jato, que é significativamente menor do que as descobertas anteriores de estudos realizados durante estados de alta luminosidade. Isso sugere que o tamanho do jato pode mudar dependendo de sua luminosidade.

#O Estudo do V404 Cygni

V404 Cygni também contém um buraco negro e tem uma alta luminosidade de rádio. As observações deste sistema revelaram uma forte correlação entre as medições residuais obtidas pelo VLBI e a posição esperada do objeto. Essa correlação indicou que erros sistemáticos estavam provavelmente afetando nossas medições.

Assim como no MAXI J1820+070, nossas medições nos permitiram estimar um limite superior para o tamanho do jato. No entanto, devido à natureza complexa das observações e à influência das fontes de referência de fase, não conseguimos determinar com precisão a contribuição do deslocamento do núcleo em nossos resultados.

#A Importância dos Estudos dos Jatos

Os estudos dos jatos de buracos negros fornecem uma visão sobre o funcionamento desses ambientes extremos. Observar o comportamento dos jatos permite que os pesquisadores examinem como os buracos negros interagem com seu entorno e as características do material sendo ejetado.

À medida que continuamos a explorar e estudar diferentes jatos usando VLBI e outros métodos, podemos melhorar nossa compreensão dos buracos negros, como eles formam jatos e como esses jatos se comportam em diferentes estados.

#Conclusão

Em resumo, o estudo dos tamanhos dos jatos em binários de raios X com buracos negros como MAXI J1820+070 e V404 Cygni revelou informações fascinantes sobre a dinâmica desses sistemas. Ao combinar múltiplas observações e refinar nossos modelos, podemos ganhar uma compreensão mais clara do comportamento dos jatos e sua relação com os buracos negros de onde eles emergem.

À medida que as observações futuras melhoram, esperamos esclarecer as discrepâncias entre diferentes métodos de medição e garantir uma compreensão mais profunda das complexidades em torno dos jatos de buracos negros e suas interações com o universo.