Revisitando a Explosão de 2021 do Candidato a Buraco Negro MAXI J1803-298 com Dados NICER, NuSTAR e Insight-HXMT

Este trabalho apresenta um estudo detalhado das propriedades espectrais e temporais de banda larga do candidato a buraco negro MAXI J1803-298, durante sua explosão de 2021. Para tal, foram utilizadas observações simultâneas e complementares dos telescópios NICER, NuSTAR e Insight-HXMT. A combinação de dados provenientes de múltiplos instrumentos espaciais é crucial, pois permite uma cobertura energética abrangente, essencial para investigar a complexa evolução das oscilações quase periódicas de baixa frequência (LFQPOs) e as características espectrais da fonte em uma vasta gama de energias. O objetivo principal é compreender os mecanismos físicos que impulsionam a variabilidade e a emissão de raios-X em sistemas binários de buracos negros, fornecendo insights sobre a dinâmica de acreção e a formação de jatos relativísticos. A análise conjunta desses dados oferece uma perspectiva única sobre a transição de estados e os fenômenos de variabilidade observados em buracos negros galácticos.

Durante a fase inicial das observações, MAXI J1803-298 exibiu um estado espectral rígido ou intermediário rígido, caracterizado por uma emissão predominantemente Comptonizada e a presença de características de reflexão. A modelagem espectral foi realizada no âmbito do modelo de fluxo advectivo de dois componentes (TCAF), uma estrutura teórica que descreve o fluxo de acreção em torno de buracos negros. Esta abordagem indicou a existência de um halo sub-Kepleriano e de um disco Kepleriano, com um choque localizado a aproximadamente 130 raios de Schwarzschild. A aplicação do modelo TCAF não apenas permitiu caracterizar a geometria do fluxo de acreção, mas também forneceu uma estimativa independente da massa do buraco negro, um parâmetro fundamental para a compreensão da física desses objetos compactos. A presença de um choque no disco de acreção é um elemento chave para a geração de emissão de raios-X de alta energia e para a modulação da variabilidade observada.

Nesta mesma fase inicial, um LFQPO proeminente foi detectado, com sua frequência central evoluindo de 0, 35 Hz para 0, 5 Hz e estendendo-se até energias de 100 keV. A detecção de LFQPOs é um fenômeno comum em sistemas binários de buracos negros e é frequentemente associada a processos dinâmicos no fluxo de acreção interno. A análise da variabilidade rms fracionária, que é dependente da energia, sugere que a modulação observada se origina principalmente do fluxo de acreção interno que sofre Comptonização. Isso implica que as flutuações na região mais interna do disco, onde os fótons de baixa energia são espalhados para energias mais altas por elétrons quentes, são as principais responsáveis pela variabilidade de raios-X detectada. A evolução da frequência do LFQPO é um indicador importante das mudanças na geometria e nas condições físicas do fluxo de acreção à medida que o sistema transita entre diferentes estados espectrais.

Em contraste com a fase inicial, uma fase de observação posterior revelou um estado espectral mais suave para MAXI J1803-298. Este estado foi caracterizado por uma emissão de disco mais intensa e um índice de fótons mais íngreme, indicando um resfriamento da coroa e um aumento na contribuição do disco de acreção para a emissão total de raios-X. Durante esta fase, notavelmente, nenhum LFQPO foi detectado. A ausência de LFQPOs em estados espectrais suaves é consistente com observações anteriores de outros sistemas binários de buracos negros, sugerindo que esses fenômenos de variabilidade estão intrinsecamente ligados à presença de uma coroa quente e opticamente fina, que é mais proeminente em estados rígidos ou intermediários. A transição de um estado rígido para um estado suave é um processo complexo que envolve mudanças significativas na estrutura do disco de acreção e na coroa de raios-X.

Adicionalmente, demonstramos que a aplicação da análise co-espectral é eficaz na mitigação das distorções induzidas pelo tempo morto, um desafio comum em estudos de temporização com dados do NuSTAR. Esta técnica foi fundamental para confirmar a natureza intrínseca da variabilidade detectada, garantindo que os sinais observados não eram artefatos instrumentais, mas sim fenômenos astrofísicos reais. Os resultados espectrais e temporais combinados, obtidos a partir da análise multi-instrumento, apoiam consistentemente um cenário em que os LFQPOs em MAXI J1803-298 emergem do fluxo de acreção interno em evolução dinâmica. Esta pesquisa reforça a compreensão de que a variabilidade de raios-X em buracos negros galácticos é um reflexo direto das complexas interações entre o disco de acreção e a coroa, fornecendo evidências cruciais para modelos teóricos de acreção e emissão em objetos compactos.