A mão de Deus está no espaço sideral, em cada detalhe, descoberta e imagem, um peixe-boi gasoso atirando partículas subatômicas foi encontrado a uma distância de 650 anos-luz de diâmetro que pode levar a comunidade científica a buscar novas formas de combustível para viagens pelo cosmo.
O dilema dos pesquisadores é entender como as partículas subatômicas conseguem chegar a velocidades extremamente alta e como essa combustão é formada.
Os cientistas ainda não sabem exatamente por que, mas o primeiro passo foi dado, conhecer de que parte eles vêm.
O portal do Syfy traz o tema para entendimento ao mostrar que Westerhout 50 é uma imensa nebulosa, uma nuvem de gás no espaço a cerca de 18.000 anos-luz de distância. É um remanescente de supernova, o gás se expandindo para longe de uma estrela que explodiu há muito tempo. Mas é estranho. Por um lado, é alongado, formando uma elipse áspera com impressionantes 350 por 650 anos-luz de tamanho – 3,3 por 6,2 quatrilhões de quilômetros! – muito maior do que a maioria dos outros remanescentes. Visto em ondas de rádio, parece fino e estruturado, e realmente parece uma vaca marinha nadando por nós de lado, ganhando o apelido de Nebulosa do Peixe-boi.
Em seu coração há um buraco negro, e também é estranho. Chamado SS 433, é o que resta da estrela que explodiu para formar a nebulosa. As camadas externas da estrela explodiram, mas o núcleo maciço da enorme estrela entrou em colapso para formar o buraco negro. Ele tem um companheiro binário, uma estrela que orbita relativamente perto, tanto que a gravidade feroz do buraco negro está arrancando material da estrela. Esse material cai em direção ao buraco negro e forma um disco quente girando em torno dele.
Campos magnéticos poderosos permeiam o disco, enrolados como tornados gêmeos centrados acima e abaixo do buraco negro. O material é puxado para cima e para longe do disco por esse campo magnético e enviado gritando para longe a cerca de um quarto da velocidade da luz. Isso forma feixes gêmeos, como um holofote de farol, que os astrônomos chamam de jatos.
Estranhamente, eles não disparam imediatamente do buraco negro. A gravidade da estrela companheira puxa o disco de matéria, torcendo-o e, em resposta, o disco se nutre, balançando lentamente. Com o tempo, isso significa que os jatos são direcionados em direções diferentes – isso é chamado de precessão – então eles realmente formam enormes espirais, como um saca-rolhas.
Feixes de matéria em espiral saem da SS 433, aparentemente em espiral enquanto o disco de matéria gira em torno dos nutatos do buraco negro, mudando a direção em que os feixes são direcionados. Foto: B. Saxton a partir de dados fornecidos por R.M. Hjellming, K. J. Johnston, NRAO/AUI/NSF
Alguns anos atrás, os astrônomos fizeram uma descoberta surpreendente: o peixe-boi estava enviando raios X de alta energia, um tipo criado quando os elétrons são acelerados para energias verdadeiramente esmagadoras: 300 – 450 tera-electonVolts. Isso é aproximadamente a mesma quantidade de energia que uma pequena gota de chuva caindo do céu.
OK, isso soa pequeno, mas estamos falando de tanta energia em um único elétron. Há sextilhões de elétrons nessa gota de água, então o que quer que esteja fazendo os elétrons na nebulosa do peixe-boi, está dando a eles energias de um bilhão de trilhões de vezes a quantidade que eles normalmente têm apenas sentados. Então sim, é muito.
O buraco negro e seus campos magnéticos são os culpados óbvios, mas como eles estão disparando fisicamente esses elétrons?
Ajudaria saber exatamente de onde vêm os raios X na nebulosa; eles são a evidência física da aceleração da partícula, então eles podem fornecer uma grande pista. As primeiras observações não poderiam dizer, mas novas observações usando o XMM-Newton baseado no espaço e o Observatório de Raios-X Chandra deram um grande passo na compreensão desse processo físico.
Surpreendentemente, eles mostram que os raios X não estão vindo do buraco negro SS433, pelo menos não diretamente. Em vez disso, há uma estrutura com aparência de respingos que começa a cerca de 100 anos-luz a leste do buraco negro, algo que parece uma fonte, e os raios-X vêm de lá.
Raios-X (mostrados em amarelo, magenta e ciano) sobrepostos em observações de luz visível (verde) e ondas de rádio (vermelho) da Nebulosa do Peixe-boi mostram jatos de matéria onde as partículas são aceleradas a velocidades ferozes, criando o X de alta energia -raios. Foto: S. Safi-Harb et al (2022)
Agora isso é realmente muito interessante. O peixe-boi, lembre-se, é elíptico, enquanto a maioria dos remanescentes de supernovas são aproximadamente circulares. Acontece que o alongamento do gás está alinhado com as direções dos jatos vindos do buraco negro, e é muito provável que o material explodindo do SS433 seja o que infla a nebulosa muito maior ao longo de um eixo, tornando-a elíptica.
Essa nova estrutura vista nos dados do XMM-Newton também está alinhada com esse alongamento (em algumas descrições da nebulosa a cabeça do peixe-boi está a oeste, e essas partículas estão vindo da outra extremidade, então faça suas próprias piadas aqui ). Isso implica muito fortemente que o jato que sopra do leste do buraco negro é de alguma forma o culpado aqui. Não está claro como, para ser honesto, mas eu me pergunto.
Sabemos que em remanescentes de supernovas o gás se expande em velocidades diferentes e, às vezes, uma nuvem de gás alcança e bate em uma nuvem que se move mais lentamente. Isso comprime ambos, formando lindas folhas e filamentos, que vemos no peixe-boi. Isso também cria ondas de choque colossais. A física é complicada, mas partículas subatômicas como elétrons podem ser apanhadas nos campos magnéticos das nuvens de gás e, à medida que as nuvens colidem, as partículas podem ser aceleradas a velocidades ferozes. Quando um elétron como esse atinge um fóton de luz, esse fóton é bombeado para uma energia enorme, como raios X e até raios gama (chamamos isso de espalhamento Compton inverso).
Isso poderia explicar o que está acontecendo; o jato do buraco negro colide com o gás de supernova pré-existente, cria ondas de choque extremamente poderosas, os elétrons são capturados e maciçamente cafeinados por eles, que então criam os raios-X vistos pelo XMM-Newton.
Essa é uma boa história, mas há muitos detalhes que não são explicados por isso, incluindo como as partículas chegaram a energias tão altas. Os modelos mostram que isso é difícil, então pode haver muito mais acontecendo aqui. Ainda assim, é um bom ponto de partida.
Lembro-me de quando o SS433 foi descoberto pela primeira vez e causou uma confusão na comunidade astronômica devido ao seu comportamento estranho, mais tarde atribuído aos jatos de precessão. E agora, décadas depois, ainda estamos descobrindo um comportamento estranho dessa coisa. Mas então essa é a graça de tudo isso, não é? Quanto mais você aprende sobre peixes-boi gigantes do espaço sendo moldados por buracos negros ativos que detonam partículas e radiação, mais há para aprender.
