Um grupo internacional de físicos, incluindo cientistas da Universidade de Washington em St. Louis, reuniu novas medições que lançam luz sobre como os buracos negros atraem material circundante e liberam enormes quantidades de radiação e energia.
A equipe direcionou um telescópio a balão conhecido como XL-Calibur em direção a Cygnus X-1, um buraco negro bem estudado localizado a cerca de 7.000 anos-luz de distância. “As observações que fizemos serão usadas por cientistas para testar simulações computacionais cada vez mais realistas e sofisticadas dos processos físicos próximos ao buraco negro,” disse Henric Krawczynski, professor distinto de física Wilfred R. e Ann Lee Konneker e membro do Centro McDonnell para Ciências Espaciais da WashU.
Medindo a Luz Polarizada Próxima a um Buraco Negro
O XL-Calibur é projetado para medir a polarização da luz, uma propriedade que descreve a orientação das vibrações eletromagnéticas. Ao estudar como essa luz é polarizada, os cientistas podem obter pistas valiosas sobre a forma e o comportamento do gás e dos detritos extremamente quentes que giram em torno dos buracos negros em velocidades extremas.
Um artigo recente na The Astrophysical Journal apresenta os últimos resultados das observações de Cygnus X-1 e relata a medição mais precisa até agora da polarização de raios-X duros do buraco negro. A publicação inclui contribuições de vários pesquisadores da WashU, incluindo o estudante de pós-graduação Ephraim Gau e o associado de pesquisa pós-doutoral Kun Hu, que atuaram como autores correspondentes.
“Se tentarmos localizar Cyg X-1 no céu, estaríamos procurando um ponto realmente minúsculo de luz X,” disse Gau. “A polarização é útil, portanto, para aprender sobre tudo o que acontece ao redor do buraco negro quando não conseguimos tirar fotos normais da Terra.”
Um Voo de Balão pelo Hemisfério Norte
Essas descobertas surgiram do voo do balão do XL-Calibur em julho de 2024, que percorreu a Suécia até o Canadá. Durante essa missão, o instrumento também coletou dados do pulsar Crab e de sua nebulosa de vento circundante, uma das fontes de raios-X mais brilhantes e estáveis do céu.
Krawczynski observou que o voo de 2024 estabeleceu vários marcos técnicos, incluindo medições detalhadas tanto de Cygnus X-1 quanto do pulsar Crab.
“Colaborar com colegas da WashU, assim como outros grupos dos EUA e do Japão, no XL-Calibur tem sido extremamente gratificante,” disse Mark Pearce, colaborador do XL-Calibur e professor no KTH Royal Institute of Technology, na Suécia. “Nossas observações do Crab e de Cyg X-1 mostram claramente que o design do XL-Calibur é sólido. Espero que agora possamos construir sobre esses sucessos com novos voos de balão.”
Olhando para Missões Futuras
A equipe tem como objetivo observar buracos negros e estrelas de nêutrons adicionais durante o próximo lançamento planejado do telescópio a partir da Antártica em 2027. Ao expandir a gama de objetos estudados, os pesquisadores esperam criar uma imagem mais completa de como a matéria se comporta nesses ambientes extremos.
“Combinados com os dados de satélites da NASA, como o IXPE, podemos em breve ter informações suficientes para resolver perguntas de longa data sobre a física dos buracos negros nos próximos anos,” acrescentou Krawczynski, o principal investigador do projeto.
Um Esforço Científico Mundial
O XL-Calibur é apoiado por uma ampla colaboração de instituições, incluindo a WashU, a Universidade de New Hampshire, a Universidade de Osaka, a Universidade de Hiroshima, ISAS/JAXA, o KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo e o Goddard Space Flight Center (e Wallops Flight Facility), além de 13 organizações de pesquisa adicionais.
A equipe da Universidade de Washington em St. Louis também agradece o financiamento da NASA através das concessões 80NSSC20K0329, 80NSSC21K1817, 80NSSC22K1291, 80NSSC22K1883, 80NSSC23K1041 e 80NSSC24K1178, junto com o apoio do Centro McDonnell para Ciências Espaciais da Universidade de Washington em St. Louis.
