A equipe direcionou um telescópio a balão conhecido como XL-Calibur para Cygnus X-1, um buraco negro bem estudado localizado a aproximadamente 7.000 anos-luz de distância. “As observações que fizemos serão usadas pelos cientistas para testar simulações computacionais cada vez mais realistas e avançadas dos processos físicos próximos ao buraco negro”, disse Henric Krawczynski, professor distinguido em Física e colega do Centro McDonnell para Ciências Espaciais da WashU.

Medindo a Luz Polarizada Perto de um Buraco Negro

O XL-Calibur é projetado para medir a polarização da luz, uma propriedade que descreve a orientação das vibrações eletromagnéticas. Ao estudar como essa 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 alta velocidade ao redor dos buracos negros.

Um artigo recente na The Astrophysical Journal apresenta os últimos resultados das observações de Cygnus X-1 e relata a medição mais precisa até agora da polarização de raios-X duros do buraco negro. A publicação inclui contribuições de muitos pesquisadores da WashU, incluindo o estudante de pós-graduação Ephraim Gau e o associado de pesquisa de pós-doutorado Kun Hu, que atuaram como autores correspondentes.

“Se tentarmos localizar Cyg X-1 no céu, estaríamos procurando um ponto muito pequeno de luz em raios-X”, disse Gau. “A polarização é, portanto, útil para aprender sobre tudo o que está acontecendo ao redor do buraco negro, quando não conseguimos tirar fotos normais da Terra.”

Um Voo de Balão Através do Hemisfério Norte

Essas descobertas surgiram do voo de balão do XL-Calibur em julho de 2024, que foi de Suécia ao Canadá. Durante esta missão, o instrumento também coletou dados do pulsar Crab e de sua nebulosa de vento, uma das fontes de raios-X mais brilhantes e estáveis do céu.

Krawczynski observou que o voo de 2024 estabeleceu múltiplos marcos técnicos, incluindo medições detalhadas tanto de Cygnus X-1 quanto do pulsar Crab.

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

Perspectivas para Futuros Projetos

A equipe pretende observar buracos negros e estrelas de nêutrons adicionais durante o próximo lançamento planejado do telescópio na Antártica em 2027. Ao expandir a gama de objetos estudados, os pesquisadores esperam criar uma imagem mais completa de como a matéria se comporta nesses ambientes extremos.

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

Um Esforço Científico Mundial

O XL-Calibur conta com o apoio de uma ampla colaboração de instituições, incluindo a WashU, a Universidade de New Hampshire, a Universidade de Osaka, a Universidade de Hiroshima, ISAS/JAXA, o KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo e o Goddard Space Flight Center (e o Wallops Flight Facility), além de 13 organizações de pesquisa adicionais.

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