Polarização no buraco negro de M87

Título: First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event Horizon

Autores: Colaboração do The Event Horizon Telescope

Status: publicado no The Astrophysical Journal Letters, acesso livre

Em 2019, a colaboração Event Horizon Telescope (EHT) divulgou a primeira imagem de um buraco negro. Eles usaram uma rede de telescópios em todo o globo e descobriram que o buraco negro, localizado a 55 milhões de anos-luz de distância na galáxia M87, tem uma massa que é 6,5 bilhões de vezes a do sol. Suas imagens e medições tomaram o mundo como uma tempestade, e agora a colaboração lançou novos resultados com base na polarização perto do buraco negro. O grupo lançou dois artigos esta semana: o primeiro detalhando as observações polarimétricas (Artigo VII) e o segundo discutindo modelos da estrutura do campo magnético do buraco negro (Artigo VIII).

Radiação Síncrotron embaralhada

O buraco negro M87 emite luz de rádio por causa da radiação síncrotron. O material ao redor do buraco negro é um plasma e, portanto, está cheio de elétrons e íons. Essas partículas carregadas se movem perto da velocidade da luz. Quando encontram um campo magnético, elas espiralam em torno dele e liberam ondas de rádio, que podem ser detectadas pelo EHT.

A radiação síncrotron é geralmente extremamente polarizada (perto de 70%), o que significa que a luz é principalmente orientada em uma única direção. Os astrônomos podem usar a polarização da luz de um determinado buraco negro para traçar o campo magnético, uma vez que sua orientação é perpendicular à direção do campo magnético.

Na Figura 1, os autores mostram as medidas de polarização do EHT para quatro dias de observação. Os painéis superiores mostram a intensidade geral em tons de cinza com os vetores de polarização sobrepostos em cores. O comprimento de cada vetor corresponde à força da polarização, a direção mostra o ângulo de polarização e a cor representa a polarização fracionada (quão polarizada é a luz para quanta radiação total é emitida naquele local). Os painéis inferiores mostram uma versão “suavizada” dos vetores de polarização sobrepostos nas imagens do buraco negro. Curiosamente, apenas a parte inferior do anel está significativamente polarizada. Ele tem uma polarização fracionária máxima próxima a 15%, que é muito menor do que a prevista pela radiação síncrotron!

Figura 1: Medidas de polarização do EHT do buraco negro M87. Figura 7 no artigo VII.

Por causa da baixa polarização, a colaboração EHT propõe que algo mais deve estar acontecendo no material ao redor do buraco negro: a rotação de Faraday. Na rotação de Faraday, a polarização fica embaralhada e essencialmente se cancela conforme a luz se move através do plasma magnetizado.

Um campo magnético não tão simples

Enquanto a Figura 1 mostra os vetores de polarização observados, a Figura 2 mostra três modelos diferentes de campos magnéticos ideais. Os painéis superiores mostram os vetores de polarização que resultariam de uma determinada orientação do campo magnético. Os painéis do meio mostram a mesma coisa para um modelo diferente de buraco negro. Os painéis inferiores mostram três orientações diferentes do campo magnético em azul e os vetores de polarização (que são perpendiculares ao campo magnético) em preto. Primeiro, à esquerda está um campo toroidal. O campo magnético se move em um círculo, girando em torno da sombra do buraco negro no centro. A coluna do meio mostra o mesmo para um campo magnético que se propaga radialmente para fora do buraco negro. A coluna da direita mostra um cenário mais complexo: o campo magnético segue ao longo da linha de visão do buraco negro. O padrão de torção nos vetores de polarização vem da curvatura da luz e do movimento relativístico.

Figura 2. Cenários de campo magnético ideal perto do buraco negro. Os painéis inferiores mostram a orientação do campo magnético e os superiores e intermediários mostram os vetores de polarização resultantes. Figura 3 no artigo VIII.

Os autores desses artigos fazem MUITO trabalho para modelar o campo magnético na região ao redor do buraco negro. No entanto, eles não encontram apenas um modelo que se ajusta às suas medidas de polarização. Em vez disso, eles descobrem que os melhores modelos prevêem campos magnéticos que são radiais, verticais ou alguma combinação dos dois. E, com ainda mais medições de polarização feitas em frequências mais altas, os autores argumentam que serão capazes de restringir ainda mais o campo magnético.

Medidas polarimétricas como essas fornecem restrições não apenas no campo magnético, mas também em coisas como quanta massa o buraco negro está agregando e a potência de seu jato. Ao comparar observações a modelos, os astrônomos continuarão a desvendar a estrutura e os segredos dos buracos negros.


Adaptado de This Black Hole Has Some Pol (arization), escrito por Ashley Piccone.

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