Inversão Magnética Espontânea do Buraco Negro Monstro desencadeia uma Explosão Enigmática

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Disco de Acreção, Corona e Buraco Negro Supermassivo da Galáxia Ativa

Esta ilustração mostra o disco de acreção, corona (pálido, redemoinhos cônicos acima do disco) e buraco negro supermassivo da galáxia ativa 1ES 1927+654 antes de seu recente surto. Crédito: NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet

O Observatório Swift da NASA rastreia uma potencial virada magnética de um buraco negro monstruoso

Uma explosão rara e enigmática de uma galáxia ativa a 236 milhões de anos-luz de distância pode ter sido desencadeada por uma reversão magnética, uma inversão espontânea do campo magnético em torno de seu centro.[{” attribute=””>black hole.

In a comprehensive new study, an international team of scientists links the eruption’s unusual characteristics to changes in the black hole’s environment that likely would be triggered by such a magnetic switch.


Explore a erupção incomum de 1ES 1927+654, uma galáxia localizada a 236 milhões de anos-luz de distância na constelação de Draco. Uma reversão repentina do campo magnético em torno de seu buraco negro de um milhão de massas solares pode ter desencadeado a explosão. Crédito:[{” attribute=””>NASA’s Goddard Space Flight Center

“Rapid changes in visible and ultraviolet light have been seen in a few dozen galaxies similar to this one,” said Sibasish Laha, a research scientist at the University of Maryland, Baltimore County and NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “But this event marks the first time we’ve seen X-rays dropping out completely while the other wavelengths brighten.”

A paper describing the findings, led by Laha, is accepted for publication in The Astrophysical Journal.


Esta sequência ilustra várias características da explosão da galáxia 1ES 1927+654, desde seu brilho dramaticamente aumentado no visível e UV até a perda e recuperação da coroa, a fonte de raios-X de alta energia. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

A equipe de pesquisa analisou observações novas e de arquivo em todo o espectro. O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA e o satélite XMM-Newton da ESA (Agência Espacial Européia) forneceram medições de raios-X e UV. As observações de luz visível vieram do Telescópio Nacional Galileo de 3,6 metros da Itália e do Gran Telescopio Canarias de 10,4 metros, ambos localizados na ilha de La Palma, nas Ilhas Canárias, Espanha. As medições de rádio foram adquiridas do Very Long Baseline Array, uma rede de 10 radiotelescópios localizados nos Estados Unidos; o Very Large Array no Novo México; e a Rede Europeia VLBI.

No início de março de 2018, o Levantamento Automatizado All-Sky para Supernovas alertou os astrônomos de que uma galáxia chamada 1ES 1927 + 654 havia brilhado quase 100 vezes na luz visível. Uma busca por detecções anteriores pelo programa financiado pela NASA Sistema de Último Alerta de Impacto Terrestre de Asteroides mostrou que a erupção havia começado meses antes, no final de 2017.

Interpretação da reversão magnética da erupção no centro de uma galáxia ativa

Este diagrama ilustra a interpretação de reversão magnética da erupção no centro da galáxia ativa conhecida como 1ES 1927+654. As linhas amarelas representam a direção inicial do campo magnético, enquanto as linhas laranja indicam a polaridade invertida. No final de dezembro de 2017, o disco de acreção brilhou até 100 vezes na luz visível, resultado do aumento da “alimentação” do buraco negro supermassivo – possivelmente desencadeado por uma mudança de polaridade magnética no disco externo. Em agosto de 2018, o fluxo magnético reverso atingiu o disco de acreção interno, fazendo com que a coroa – e os raios X de alta energia que ela produzia – desaparecessem. Em outubro de 2018, os raios X retornaram, indicando que a coroa havia sido reconstruída, mas gradualmente se tornou mais intensa, atingindo um pico em novembro de 2019. Nesse período, o campo magnético se fortaleceu em sua nova orientação e um fluxo maior de matéria poderia chegar ao buraco negro. Dias atuais: O buraco negro se estabeleceu em seu estado pré-erupção de 2011, mas com um campo magnético de polaridade oposta. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA/Jay Friedlander

Quando Swift examinou a galáxia pela primeira vez em maio de 2018, sua emissão de UV foi elevada em 12 vezes, mas em declínio constante, indicando um pico anterior não observado. Então, em junho, a emissão de raios-X de alta energia da galáxia desapareceu.

“Foi muito emocionante mergulhar no estranho episódio explosivo desta galáxia e tentar entender os possíveis processos físicos em ação”, disse José Acosta-Pulido, coautor do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) em Tenerife.


Este vídeo ilustra a interpretação de reversão magnética da erupção no centro da galáxia ativa conhecida como 1ES 1927+654, conforme mostrado no diagrama acima. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA/Jay Friedlander

A maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa[{” attribute=””>Milky Way, host a supermassive black hole weighing millions to billions of times the Sun’s mass. When matter falls toward one, it first collects into a vast, flattened structure called an accretion disk. As the material slowly swirls inward, it heats up and emits visible, UV, and lower-energy X-ray light. Near the black hole, a cloud of extremely hot particles – called the corona – produces higher-energy X-rays. The brightness of these emissions depends on how much material streams toward the black hole.

An earlier interpretation of the eruption suggested that it was triggered by a star that passed so close to the black hole it was torn apart, disrupting the flow of gas,” said co-author Josefa Becerra González, also at the IAC. “We show that such an event would fade out more rapidly than this outburst.”

Neil Gehrels Swift Observatory

Illustration of the Neil Gehrels Swift Observatory. Credit: NASA

The unique disappearance of the X-ray emission provides astronomers with an important clue. They suspect the black hole’s magnetic field creates and sustains the corona, so any magnetic change could impact its X-ray properties.

“A magnetic reversal, where the north pole becomes south and vice versa, seems to best fit the observations,” said co-author Mitchell Begelman, a professor in the department of astrophysical and planetary sciences at the University of Colorado Boulder. He and his Boulder colleagues, post-doctoral researcher and co-author Nicolas Scepi and professor Jason Dexter, developed the magnetic model. “The field initially weakens at the outskirts of the accretion disk, leading to greater heating and brightening in visible and UV light,” he explained.

As the flip progresses, the field becomes so weak that it can no longer support the corona – the X-ray emission vanishes. The magnetic field then gradually strengthens in its new orientation. In October 2018, about 4 months after they disappeared, the X-rays came back, indicating that the corona had been fully restored. By summer 2021, the galaxy had completely returned to its pre-eruption state.

Magnetic reversals are likely to be common events in the cosmos. The geologic record shows that Earth’s field flips unpredictably, averaging a few reversals every million years in the recent past. The Sun, by contrast, undergoes a magnetic reversal as part of its normal cycle of activity, switching north and south poles roughly every 11 years.

Reference: “A radio, optical, UV and X-ray view of the enigmatic changing look Active Galactic Nucleus 1ES~1927+654 from its pre- to post-flare states” by Sibasish Laha (NASA-GSFC), Eileen Meyer, Agniva Roychowdhury, Josefa Becerra González, J. A. Acosta-Pulido, Aditya Thapa, Ritesh Ghosh, Ehud Behar, Luigi C. Gallo, Gerard A. Kriss, Francesca Panessa, Stefano Bianchi, Fabio La Franca, Nicolas Scepi, Mitchell C. Begelman, Anna Lia Longinotti, Elisabeta Lusso, Samantha Oates, Matt Nicholl and S. Bradley Cenko, Accepted, The Astrophysical Journal.
arXiv:2203.07446

Goddard manages the Swift mission in collaboration with Penn State, the Los Alamos National Laboratory in New Mexico, and Northrop Grumman Space Systems in Dulles, Virginia. Other partners include the University of Leicester and Mullard Space Science Laboratory in the United Kingdom, Brera Observatory in Italy, and the Italian Space Agency.





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