Existe uma área realmente fascinante na astronomia que lida com o que chamamos de fenômenos de altas energias. Desde explosões de raios gama até os jatos de partículas lançados por buracos negros supermassivos, esses eventos desencadeiam intensas emissões de energia que desafiam nossa compreensão e nos levam a questionar os limites do conhecimento humano. Ao adentrar nesse universo de alta energia, vamos mergulhar em alguns dos fenômenos mais espetaculares e enigmáticos que o cosmos tem a oferecer.
Ao explorar os fenômenos de alta energia do cosmos, é fundamental compreender as fontes por trás desses eventos extraordinários. Uma das fontes mais notáveis é a emissão de raios gama, que pode ser desencadeada por supernovas, estrelas de nêutrons ou buracos negros. Esses poderosos pulsos de radiação energética carregam consigo uma quantidade impressionante de informação sobre os processos físicos mais extremos que ocorrem no universo.
Além disso, os jatos de partículas provenientes de buracos negros supermassivos também desempenham um papel crucial nos fenômenos de alta energia. Eles podem estender-se por milhões de anos-luz, transportando energia e matéria a velocidades incríveis, desafiando as leis da física convencional e desvendando os segredos do universo em escalas cósmicas.
Por esse motivo entender os quasares e os microquasares tem um papel fundamental no entendimento dos fenômenos de altas energias e pode nos levar a uma melhor compreensão do funcionamento do próprio universo.
Quasares e microquasares são objetos cósmicos fascinantes que envolvem buracos negros e a emissão de ondas de rádio, mas operam em escalas muito diferentes. Os quasares são centros incrivelmente luminosos de galáxias distantes, alimentados por buracos negros supermassivos que têm milhões a bilhões de vezes a massa do nosso sol. Eles são conhecidos por sua eficiência na aceleração de partículas, o que contribui para suas emissões de rádio brilhantes, muitas vezes representando uma parte significativa de sua produção total de energia. Os microquasares, por outro lado, são de natureza semelhante, mas muito menores, associados a buracos negros de massa estelar em nossa própria galáxia. Eles também emitem ondas de rádio, mas são menos eficientes na aceleração de partículas em comparação com suas contrapartes maiores. Compreender esses objetos ajuda os pesquisadores a aprender sobre o comportamento dos buracos negros e as condições extremas que levam à aceleração das partículas no espaço.
Tanto os quasares quanto os microquasares menores têm buracos negros que atraem matéria e criam ondas de rádio, mas os quasares são muito melhores em produzir partículas de alta energia, mostrando isso com uma maior parte de sua luz proveniente dessas partículas.
Quasares, como o 3C 48 e o 3C 273, são objetos incrivelmente brilhantes no espaço, que se acredita que brilham intensamente por causa da matéria caindo em enormes buracos negros. Eles têm ondas de rádio provenientes deles, que são feitas por partículas que se movem rapidamente. Os microquasares são versões menores de quasares, com buracos negros menores, e também têm características semelhantes, mas não são tão poderosos. Os pesquisadores notaram padrões no brilho desses objetos na luz de rádio e raios-X, o que os ajuda a entender como esses objetos funcionam.
Os quasares são objetos muito brilhantes no espaço e são feitos quando coisas caem em buracos negros supermassivos no meio de grandes galáxias. Os microquasares são semelhantes, mas menores e não são tantos conhecidos — apenas cerca de 19. Não temos todas as informações sobre esses objetos espaciais.
Há uma tabela que lista alguns quasares e microquasares conhecidos. Essa tabela mostra o quão brilhantes eles são de duas maneiras: uma é chamada de luminosidade bolométrica, que é como a luz total que eles emitem, e a outra é a luminosidade de rádio, que vem de elétrons que se movem muito rapidamente. Para microquasares, observamos sua luz de raios-X e, para quasares, observamos sua luz visível.
A tabela também compara os dois tipos de brilho para cada objeto espacial. Isso mostra que os quasares são muito melhores em produzir elétrons que se movem rapidamente do que os microquasares. Isso significa que os quasares usam muito mais de sua luz total para fazer com que esses elétrons se movam muito rápido.
Um objeto que chama muito a atenção dos pesquisadores dentro dessa pesquisa de quasar e micro quasar é o Sco X-1. Cientistas encontraram uma fonte de raios-X chamada Sco X-1 no espaço. Tem ondas de rádio vindas dele que se parecem com as dos quasares, que são muito brilhantes e estão distantes no espaço. Mas as ondas de rádio e o tamanho do Sco X-1 são muito menores do que os dos quasares.
As pessoas pensam que a Sco X-1 tem uma estrela de nêutrons por causa de como sua luz muda com o tempo. Uma estrela de nêutrons é uma sobra muito densa de uma grande estrela que explodiu. Normalmente, as estrelas de nêutrons giram muito rápido, mas ninguém viu o Sco X-1 girando. Isso pode significar duas coisas: talvez Sco X-1 seja na verdade um buraco negro, que é um lugar no espaço onde a gravidade atrai tanto que nem a luz consegue sair, ou pode ser uma estrela de nêutrons com um campo magnético muito fraco.
Um campo magnético é como uma força invisível em torno de alguns objetos no espaço. Se a Sco X-1 é uma estrela de nêutrons com um campo magnético fraco, ela não consegue controlar muito bem o material que cai do espaço sobre ela. Essa coisa que cai é chamada de acreção. Para controlar bem a acreção, a estrela de nêutrons precisa de um campo magnético mais forte. Se Sco X-1 for uma estrela de nêutrons com um campo magnético fraco, ela agiria um pouco como um buraco negro ao puxar coisas do espaço.
Os quasares são misteriosos porque emitem mais energia como partículas, criando grandes ondas de rádio, em vez de apenas luz dos discos circundantes. Isso acontece porque a área ao redor de um buraco negro supermassivo é melhor para acelerar as partículas, especialmente em regiões de baixa densidade, onde a dinâmica magnética e de fluidos normal não funciona bem.
Normalmente, pensaríamos que esse disco giratório quente emitiria muita luz e calor, como um prato brilhante. Mas os quasares fazem algo surpreendente: em vez de apenas brilharem, eles também lançam pequenos pedaços chamados partículas em velocidades muito altas, quase tão rápidas quanto a luz, para o espaço. Essas partículas velozes formam duas grandes nuvens, uma em cada lado do quasar, que chamamos de lóbulos duplos de rádio porque enviam ondas de rádio que podemos detectar com telescópios especiais.
O mistério é por que os quasares são tão bons em acelerar essas partículas em vez de apenas brilharem. A área ao redor do buraco negro, acima e abaixo do disco, é chamada de coroa ou funil. É como uma névoa muito fina onde as coisas podem se mover facilmente. Essa área enevoada não está cheia, então é um bom lugar para as partículas se moverem muito rápido. Os cientistas descobriram que essa área fina ao redor dos buracos negros supermassivos nos quasares é muito melhor para fazer as partículas andarem mais rápido do que as áreas ao redor de buracos negros menores no espaço. Eles sabem disso porque o número de partículas na área nebulosa é muito menor do que eles pensavam inicialmente. Isso torna mais fácil para as partículas acelerarem sem colidirem muito umas com as outras.
Imagine o plasma como uma sopa espessa feita de pequenas partículas carregadas. Em uma sopa grossa, se você tentar passar a mão por ela, a sopa fluirá ao redor da sua mão. Da mesma forma, em um plasma espesso (denso), quando os campos elétricos estão presentes, eles fazem as partículas carregadas se moverem, criando um fluxo de eletricidade (corrente). Esse fluxo pode bloquear mudanças nos campos magnéticos ao seu redor e também pode tornar o campo elétrico mais fraco.
Agora, se a sopa for muito fina, como o plasma acima do disco de acreção (uma área plana e giratória de gás e poeira ao redor de um buraco negro), não há partículas suficientes para criar um forte fluxo de eletricidade. Isso significa que o campo magnético não está tão bloqueado. Essa situação é descrita por uma fórmula especial que nos ajuda a entender como as coisas funcionam em um plasma tão fino.
Em um plasma ainda mais fino, algo estranho acontece. As partículas podem começar a se mover de forma a criar resistência (resistividade anômala) ao fluxo de eletricidade. Isso pode acontecer quando partículas de carga oposta (como elétrons e pósitrons) se movem umas contra as outras ou quando ondas parecidas com som se movem pelo plasma (instabilidade íon-acústica). Essa resistência pode tornar o campo elétrico mais forte novamente e também pode acelerar as partículas para energias muito altas.
Perto de buracos negros supermassivos, o plasma pode ser tão fino que a resistência é muito alta ou o fluxo de eletricidade não pode ficar mais forte (saturado). Nesses lugares, a fórmula especial pode realmente descrever o que está acontecendo muito bem, e outra fórmula pode nos ajudar a entender como as coisas mudam em diferentes situações (escala).
Em resumo, a diferença principal entre os quasares e os microquasares está na sua eficiência e escala de aceleração de partículas. Os quasares, com seus buracos negros supermassivos, são muito mais proficientes em acelerar elétrons, o que é evidente em sua luminosidade de rádio ser uma parte substancial de sua produção total de energia. Os microquasares, embora de natureza semelhante, são menos eficientes e operam em uma escala muito menor, associados a buracos negros de massa estelar. A escala dos parâmetros do disco de acreção com a massa do buraco negro é sugerida como uma possível explicação para essas diferenças. Essa compreensão da aceleração de partículas em diferentes ambientes cósmicos é crucial para desvendar os mistérios dos fenômenos astrofísicos de alta energia.
