Buraco negro supermassivo encontrado expelindo um jato gigante de alta energia em direção à Terra
Uma missão da NASA observou um buraco negro supermassivo apontando seu jato altamente energético diretamente para a Terra. Mas não entre em pânico ainda. Por mais temível que seja esse evento cósmico, ele está localizado a uma distância muito segura de cerca de 400 milhões de anos-luz de distância.
Buracos negros supermassivos que estão se alimentando ativamente, incluindo o mencionado, são cercados por discos de matéria em rotação chamados discos de acreção, que gradualmente os alimentam ao longo do tempo. Parte do material que eles não engolem é direcionado para seus polos, onde é expelido em velocidades próximas à da luz, criando uma radiação eletromagnética extremamente brilhante e altamente energética. Em alguns casos, como no caso da última descoberta da NASA, esse jato é direcionado diretamente para a Terra. Esses eventos são conhecidos como blazares.
Esse blazar, designado Markarian 421 e localizado na constelação de Ursa Maior, foi observado com o Explorer de Polarimetria de Raios-X da NASA (IXPE), lançado em dezembro de 2021. O IXPE observa uma propriedade dos campos magnéticos chamada polarização, que se refere à orientação desses campos. A polarização do jato expelido por Markarian 421 revelou uma surpresa para os astrônomos, mostrando que a parte do jato onde as partículas estão sendo aceleradas também abriga um campo magnético com uma estrutura helicoidal.
Os jatos de blazares podem se estender pelo espaço por milhões de anos-luz, mas os mecanismos que os lançam ainda não são bem compreendidos. No entanto, essas novas descobertas sobre o jato de Markarian 421 podem lançar luz sobre esse fenômeno cósmico extremo.
“Markarian 421 é um velho conhecido dos astrônomos de alta energia”, disse a pesquisadora líder por trás da descoberta e astrofísica da Agência Espacial Italiana, Laura Di Gesu, em um comunicado. “Tínhamos certeza de que o blazar seria um alvo valioso para o IXPE, mas suas descobertas superaram nossas melhores expectativas, demonstrando com sucesso como a polarimetria de raios-X enriquece nossa capacidade de investigar a complexa geometria do campo magnético e a aceleração de partículas em diferentes regiões dos jatos relativísticos.”
A estrutura torcida dos jatos de blazares
A principal razão pela qual os jatos dos buracos negros supermassivos em alimentação são tão brilhantes é que as partículas que se aproximam da velocidade da luz emitem enormes quantidades de energia e se comportam de acordo com a física da teoria da relatividade especial de Einstein.
Os jatos de blazares também recebem um impulso extra para essa luminosidade devido à sua orientação em relação a nós, o que faz com que os comprimentos de onda de luz associados a seus jatos “se agrupem”, aumentando suas frequências e energias. Isso é semelhante a como as ondas sonoras da sirene de uma ambulância se “agrupam” ao se aproximar, causando um aumento na frequência que a torna mais aguda.
Como resultado desses dois efeitos, os blazares podem frequentemente brilhar mais do que a luz combinada de todas as estrelas das galáxias que os abrigam. E agora, o IXPE utilizou essa luz para revelar os processos físicos que ocorrem no coração do jato de Markarian 421 e até identificar o ponto de origem do feixe brilhante.
Anteriormente, modelos de jatos de blazares já haviam sugerido a presença de campos magnéticos helicoidais, quase como o DNA das células vivas, exceto que são simples, não duplos. No entanto, o que não havia sido previsto era o fato de que a hélice magnética abrigaria áreas onde as partículas estão sendo aceleradas.
“Esperávamos que a direção da polarização pudesse mudar, mas pensávamos que grandes rotações seriam raras, com base em observações ópticas anteriores de muitos blazares”, disse o co-autor da pesquisa e físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Herman Marshal. “Então, planejamos várias observações do blazar, com a primeira mostrando uma polarização constante de 15%.”
De forma ainda mais surpreendente, a análise dos dados do IXPE mostrou que a polarização do jato diminuiu para 0% entre a primeira e a segunda observação. Isso mostrou à equipe que o campo magnético estava girando como uma rolha de garrafa.
“Reconhecemos que a polarização era, na verdade, a mesma, mas sua direção literalmente deu um giro de 180 graus em dois dias”, disse Marshall. “Isso nos surpreendeu novamente durante a terceira observação, que começou um dia depois, ao observar que a direção da polarização continuava a girar na mesma taxa.”
Durante essas manobras, as medições da radiação eletromagnética na forma de luz óptica, infravermelha e de rádio não mostraram efeito na estabilidade e estrutura do jato em si, mesmo quando as emissões de raios-X mudaram. Isso implicou que uma onda de choque estava viajando ao longo do campo magnético torcido de Markarian 421.
Indícios de tal fenômeno já haviam sido observados no jato de outro blazar testemunhado pelo IXPE, o Markarian 501, mas as novas descobertas da equipe representam evidências mais claras de que um campo magnético helicoidal de fato contribui para uma onda de choque em movimento que acelera partículas do jato a velocidades relativísticas.
A equipe por trás desse trabalho pretende continuar estudando Markarian 421, bem como identificar outros blazares com características semelhantes, em busca de revelar o mecanismo que impulsiona os fluxos extremos e brilhantes característicos desses fenômenos.
“Graças ao IXPE, este é um momento emocionante para os estudos dos jatos astrofísicos”, concluiu Di Gesu.
A pesquisa da equipe foi publicada na revista Nature Astronomy em 17 de julho. Esse trabalho representa um avanço empolgante no estudo dos jatos astrofísicos e os fenômenos cósmicos que os impulsionam. [LiveScience]
