Revisiting neutrino event epochs for the blazar PKS 0735+178 with TESS
Este estudo analisa dados da curva de luz óptica do TESS do blazar PKS 0735+178 durante um surto emissor de neutrinos, revelando características de variabilidade distintas entre suas fases de ascensão e decaimento e sugerindo uma conexão física entre as variações ópticas observadas e os eventos de neutrinos de múltiplos épocas.
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Nas profundezas do universo, muito além da nossa própria galáxia, encontram-se alguns dos motores mais violentos e energéticos conhecidos pela ciência. Estes são núcleos galácticos ativos, os corações brilhantes de galáxias alimentados por buracos negros supermassivos que consomem vorazmente o gás e a poeira ao seu redor. Quando esses buracos negros se alimentam, eles frequentemente lançam jatos gêmeos de plasma superaquecido, disparando pelo espaço a quase a velocidade da luz. Quando um desses jatos aponta diretamente para a Terra, vemos um blazar. Esses objetos não são estáticos; eles são inquietos, oscilando e brilhando com intensidade em todo o espectro da luz, desde ondas de rádio até raios gama de alta energia. Durante décadas, astrônomos têm observado esses blazares para entender como os buracos negros aceleram partículas a energias tão extremas. Um grande mistério neste campo tem sido a origem das partículas mais energéticas do universo, conhecidas como raios cósmicos, e as partículas fantasmagóricas, quase sem massa, chamadas neutrinos, que são produzidas juntamente com elas. Embora suspeitemos há muito tempo que os blazares poderiam ser as fábricas que criam esses neutrinos de alta energia, flagrar um blazar no ato de produzir um tem sido incrivelmente difícil.
No final de 2021, surgiu uma oportunidade rara quando um blazar específico, chamado PKS 0735+178, explodiu em uma enorme erupção. Ao mesmo tempo, quatro observatórios de neutrinos diferentes ao redor do mundo detectaram um surto de neutrinos de alta energia vindo da mesma região do céu dentro de uma janela de tempo estreita. Essa coincidência sugeriu uma ligação direta entre a luz que vemos e as partículas invisíveis chegando à Terra. Para investigar essa conexão, uma equipe de pesquisadores recorreu a um telescópio espacial chamado TESS, que normalmente tem a tarefa de caçar planetas, mas por acaso estava observando este blazar durante seu surto. Ao analisar a luz do blazar com extrema precisão, a equipe buscou entender como o objeto se comportou durante o evento de neutrino e se as mudanças no tempo da luz poderiam explicar como essas partículas foram criadas.
Os pesquisadores examinaram a curva de luz, que é um gráfico mostrando como o brilho do blazar mudou ao longo do tempo, usando dados coletados ao longo de três meses. Eles descobriram que o blazar passou por uma erupção dramática que durou cerca de 75 dias. A luz subiu relativamente devagar, levando aproximadamente dois meses para atingir seu pico de brilho, e depois caiu muito mais rapidamente, voltando aos níveis normais em apenas algumas semanas. Esse padrão de subida lenta e queda rápida é uma assinatura comum nessas explosões cósmicas, frequentemente indicando que as partículas estão sendo aceleradas de forma constante e depois perdem sua energia rapidamente. A equipe dividiu os dados na fase de ascensão e na fase de decaimento para ver se o comportamento era diferente em cada parte. Eles descobriram que a distribuição de luz durante a ascensão era ordenada, sugerindo uma injeção de energia constante, enquanto o decaimento era caótico e irregular, sugerindo que a estrutura do jato estava se despedaçando ou tornando-se turbulenta conforme a energia se dissipava.
Uma parte fundamental do estudo envolveu comparar o tempo das erupções de luz com a chegada dos alertas de neutrinos. As detecções de neutrinos ocorreram durante o pico da erupção óptica, com a maioria dos alertas aparecendo perto do máximo óptico, enquanto um alerta apareceu durante a fase de decaimento. Esse tempo é consistente com condições propícias à produção de neutrinos, embora a associação permaneça tentativa. Os pesquisadores propuseram um cenário onde um novo nó de plasma, de movimento rápido, foi ejetado do buraco negro e alcançou um nó de movimento mais lento à frente dele. Quando esses dois fluxos de material colidiram, eles provavelmente criaram a onda de choque necessária para acelerar partículas às energias extremas necessárias para produzir tanto a luz brilhante quanto os neutrinos. O fato de os neutrinos terem chegado enquanto a luz estava próxima de seu máximo sugere que a colisão ocorreu por volta do pico da erupção.
O estudo também observou a velocidade dessas mudanças. A análise mostrou que a luz do blazar poderia dobrar de brilho em um período de cerca de 43 dias durante a ascensão, mas poderia reduzir seu brilho pela metade em apenas 17 dias durante a queda. Essa diferença confirma que o processo de acúmulo de energia é muito mais lento do que o processo de liberação dela. Os pesquisadores calcularam que a região onde essa atividade estava ocorrendo é vasta, abrangendo centenas de trilhões de quilômetros, mas é pequena o suficiente para ser contida dentro do jato do blazar. Embora os dados sugiram uma possível conexão entre a erupção óptica e o evento de neutrino, os autores são cuidadosos ao notar que este elo deve ser considerado sugestivo em vez de conclusivo, dependendo de mais evidências observacionais. A amostra de blazares conhecidos por emitir neutrinos ainda é muito pequena e, sem mais observações, é impossível dizer com certeza que esta é a única maneira de essas partículas serem feitas. No entanto, este olhar detalhado sobre a curva de luz fornece uma imagem clara das condições físicas dentro do jato no momento em que os neutrinos nasceram, oferecendo uma pista valiosa na busca contínua para entender os processos mais energéticos do universo.
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