Um telescópio de alta altitude acabou de mudar o que sabemos sobre buracos negros

A equipe direcionou um telescópio transportado por 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 pelos cientistas para testar simulações computacionais cada vez mais realistas e de última geração de processos físicos próximos ao buraco negro”, disse Henric Krawczynski, professor ilustre de física de Wilfred R. e Ann Lee Konneker e membro do Centro McDonnell de Ciências Espaciais da WashU.

Medindo a luz polarizada perto de um buraco negro

XL-Calibur foi projetado para medir a polarização da luz, uma propriedade que descreve a orientação das vibrações eletromagnéticas. Ao estudar como esta luz é polarizada, os cientistas podem obter pistas valiosas sobre a forma e o comportamento do gás extremamente quente e dos detritos que giram em torno dos buracos negros a velocidades extremas.

Um artigo recente no The Astrophysical Journal apresenta os resultados mais recentes das observações do Cygnus X-1 e relata a medição mais precisa até agora da forte polarização de raios-X do buraco negro. A publicação inclui contribuições de muitos pesquisadores da WashU, incluindo o estudante de graduação Ephraim Gau e o pesquisador de pós-doutorado Kun Hu, que atuaram como autores correspondentes.

“Se tentarmos encontrar Cyg X-1 no céu, estaremos à procura de um ponto realmente minúsculo de luz de raios X”, disse Gau. “A polarização é, portanto, útil para aprender tudo o que acontece em torno do buraco negro quando não podemos tirar fotografias normais da Terra.”

Um vôo de balão pelo hemisfério norte

Essas descobertas vieram do voo de balão da XL-Calibur em julho de 2024, da Suécia para o Canadá. Durante esta missão, o instrumento também coletou dados do pulsar do Caranguejo e da nebulosa de vento que o rodeia, uma das fontes de raios X mais brilhantes e estáveis ​​no céu.

Krawczynski observou que o voo de 2024 estabeleceu vários marcos técnicos, incluindo medições detalhadas do Cygnus X-1 e do pulsar do Caranguejo.

“Colaborar com colegas da WashU, bem como de outros grupos nos EUA e no Japão, no XL-Calibur tem sido extremamente gratificante”, disse Mark Pearce, colaborador do XL-Calibur e professor do KTH Royal Institute of Technology na Suécia. “Nossas observações do Crab e do Cyg X-1 mostram claramente que o design do XL-Calibur é sólido. Espero sinceramente que agora possamos aproveitar esses sucessos com novos voos de balão.”

Olhando para futuras missões

A equipa pretende observar buracos negros e estrelas de neutrões adicionais durante o próximo lançamento planeado do telescópio a partir da Antártida, em 2027. Ao expandir a gama de objetos estudados, os investigadores esperam criar uma imagem mais completa de como a matéria se comporta nestes ambientes extremos.

“Combinados com os dados de satélites da NASA, como o IXPE, poderemos em breve ter informações suficientes para resolver questões de longa data sobre a física dos buracos negros nos próximos anos”, acrescentou Krawczynski, o investigador principal do projeto.

Um esforço científico mundial

XL-Calibur é apoiado por uma ampla colaboração de instituições, incluindo WashU, Universidade de New Hampshire, Universidade de Osaka, Universidade de Hiroshima, ISAS/JAXA, Instituto Real de Tecnologia KTH em Estocolmo e Goddard Space Flight Center (e Wallops Flight Facility), bem como 13 organizações de pesquisa adicionais.

A equipe da Universidade de Washington em St. Louis também reconhece o financiamento da NASA por meio de subsídios 80NSSC20K0329, 80NSSC21K1817, 80NSSC22K1291, 80NSSC22K1883, 80NSSC23K1041 e 80NSSC24K1178, juntamente com o apoio do Centro McDonnell para Ciências Espaciais da Universidade de Washington em St. Luís.